理工論文掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用

1、掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用 掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請本站幫您代寫論文，以下是正文。 摘 要單分子科學(xué)是一門新興的交叉科學(xué)，在當(dāng)前的科技發(fā)展中具有重要意義.掃描隧道顯微鏡是研究單分子的一種強(qiáng)有力而獨(dú)特的工具.文章以作者所在研究組近年來在單分

2、子表征、操控和原型器件設(shè)計等方面的研究工作進(jìn)展為例，概述了掃描隧道顯微鏡在單分子科學(xué)中的應(yīng)用，重點介紹了以下成果：在硫醇分子自組裝單層膜上觀測到c60分子的本征籠狀結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了一種新穎的由c60分子取向產(chǎn)生的拓?fù)湫?；結(jié)合實驗圖像和理論模擬，確定了單個c60分子在si(111)|77表面的吸附取向；通過對金屬富勒烯分子dyc82進(jìn)行空間和能量分辨成像及相關(guān)理論模擬，確定了金屬原子相對碳籠的位置及分子的取向；利用掃描隧道顯微鏡針尖對吸附在au(111)表面的單個copc分子操作“分子手術(shù)”，以實現(xiàn)其吸附態(tài)和自旋態(tài)的量子調(diào)控；發(fā)現(xiàn)了一種由單電子隧穿和c59n分子的特殊能級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的新的整流機(jī)制；發(fā)

3、現(xiàn)了一種由針尖電子態(tài)和copc分子中co原子軌道的空間對稱性匹配產(chǎn)生的負(fù)微分電阻效應(yīng).關(guān)鍵詞掃描隧道顯微術(shù)，單分子科學(xué)，單分子表征，自旋態(tài)調(diào)控，單分子器件application of scanning tunneling microscope in single molecule scienceli binhou jian|guo(hefei national laboratory for physical sciences at microscale, university of science and technology of china, hefei 230026, china)abs

4、tractsingle molecule science is a new emerging cross discipline, and is significant in current development of the sciences and technologies. scanning tunneling microscope (stm) is a powerful and unique technique to research the single molecule. in this review, we will summarize application of stm in

5、 single molecular science, with some recent progresses on characterizing, manipulation single molecule and designing related molecular device by our group being introduced as typical examples as follows: the native cage structure of c60 molecule on self |assembled monolayer of alkylthiol was observe

6、d, and a new topological order originating from the orientation of c60 molecule was found; by combining the experimental images and theoretical simulations, the orientation of c60molecule on si(111)|77surface was identified; the energy|resolved metal|cage hybrid states of single dyc82 molecule were

7、mapped, and then the relative position of the metal atom inside the cage and the molecular orientation was inferred by comparing the experimental results and the theoretical simulations; by performing “molecular operation” to the copc molecule on au(111) surface by using stm tip, the adsorption stat

8、e and spin state of the copc molecule was controlled; based on single electron tunneling effect and special energy structure of c59n molecule, a new mechanism of molecular rectifying was built; a negative differential resistance effect related to local orbital symmetry matching between the co atom i

9、n single copc molecule and stm tip was found. keywordsscanning tunneling microscopy, single molecule science, single|molecule characterizing, spin state manipulation, single|molecule device1 引言近年來，單分子科學(xué)逐漸發(fā)展成為一個引人注目而前景廣闊的新型交叉學(xué)科，受到了許多研究者的關(guān)注.單分子科學(xué)的研究內(nèi)容是分子、原子團(tuán)簇和生物大分子本身及其吸附在表面或者處于復(fù)雜凝聚相環(huán)境時的物理、化學(xué)和機(jī)械等性質(zhì)1.單分

10、子體系的尺度最小可至納米量級，其能級往往是分立的，在這種情況下出現(xiàn)的量子行為決定了體系的主要性質(zhì).人們希望通過調(diào)控其量子效應(yīng)以實現(xiàn)某些特定功能，從而能夠制備出單分子器件，如分子開關(guān)等.在分子電子學(xué)領(lǐng)域里，這種自下而上地搭建分子器件，并研究其性質(zhì)和應(yīng)用已是當(dāng)前的科技熱點之一. 1982年，ibm公司蘇黎世實驗室的binnig和rohrer等人利用量子隧穿機(jī)理研制出第一臺掃描隧道顯微鏡（stm）2.掃描隧道顯微鏡的發(fā)明使得人們首次能夠?qū)崟r地在原子尺度上對物體進(jìn)行原位觀測，進(jìn)而研究其相關(guān)的物理和化學(xué)等性質(zhì).隨著單分子科學(xué)的發(fā)展，人們開始嘗試?yán)靡詓tm為代表的各種顯微技術(shù)，對單分子等納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征

11、、操控和嘗試原型分子器件設(shè)計.二十多年來，這個領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多令人矚目的成果，并促進(jìn)了物理、化學(xué)、微觀機(jī)械、分子生物學(xué)和分子電子學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展3.stm技術(shù)在單分子科學(xué)研究的應(yīng)用中具有以下的優(yōu)勢和特點：stm實驗?zāi)塬@得具有原子級分辨率的圖像，可直接用于觀測單分子體系電子態(tài)的空間分布，觀察分子的幾何構(gòu)型和空間取向46；stm譜學(xué)技術(shù)可以提供與單分子體系電子態(tài)有關(guān)的更豐富的信息，例如通過i-v曲線可以得到分子的輸運(yùn)性質(zhì)711，di/dv技術(shù)（di/dv譜和di/dv成像6）可以對分子的分立能級進(jìn)行掃描以研究體系的能級結(jié)構(gòu)，非彈性隧道譜可以用來研究分子的振動譜12等；利用stm針尖及其施加的外

12、場可以進(jìn)行單原子和單分子的操控，并進(jìn)一步設(shè)計和構(gòu)造單分子器件8，通過各種途徑（例如在針尖外加脈沖電壓）還可以調(diào)節(jié)單分子體系的磁學(xué)性質(zhì)7；對單分子的表征和操控不僅可以測量單個鍵的強(qiáng)度13，直接觀測單分子態(tài)反應(yīng)，甚至可能實現(xiàn)“選鍵化學(xué)”14, 15.所以stm是目前研究單分子體系最有力而獨(dú)特的技術(shù)手段.其他參考文獻(xiàn)baker, sheridan. the practical stylist. 6th ed. new york: harper & row, 1985.flesch, rudolf. the art of plain talk. new york: harper & brothers,

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