利用二溴間三聯(lián)苯前驅(qū)體分子在金屬單晶表面可控合成低維有機納米結構.pdf

1、在信息時代，大規(guī)模集成電路是各行各業(yè)走向信息化與智能化的基礎，并不斷朝著小型化甚至微型化方向發(fā)展，但是傳統(tǒng)的微細加工工藝已經(jīng)逐漸達到微電子器件加工的極限。近年來，科學工作者已經(jīng)成功合成具有開關、電容器、整流器等作用的功能分子，如何在表面上將其有序連接是決定分子電子器件能否得到應用的關鍵因素。因此，對于在表面上可控合成作為分子導線的一維納米線的研究至關重要。
　　本論文從“自下而上”的表面分子自組裝和烏爾曼反應入手，以鹵代芳烴DMT

2、P（4，4"-dibromo-meta-terphenyl）作為前驅(qū)體分子，在金屬單晶Cu(110)和Au(111)表面上成功合成了形貌可控的一維納米線等低維有機納米結構。在實驗過程中，利用掃描隧道顯微鏡(STM)、X射線光電子能譜(XPS)以及低能電子衍射(LEED)等多種表面科學分析手段對分子自組裝、表面烏爾曼反應、表面產(chǎn)物與基體晶格相匹配等現(xiàn)象和實驗過程中生成的多種低維納米結構進行了系統(tǒng)的分析和研究。通過上述研究，證明了基體表面晶

3、格及其對稱性對表面上有序的金屬-有機中間體和最終共價產(chǎn)物的結構和選擇性具有重要影響。此外，我們還在Au(111)表面上成功合成了迄今為止最長的之字形聚亞苯基分子鏈，最長可達85nm。本論文的研究工作主要包括以下兩個方面:
　　1.在超高真空系統(tǒng)中利用STM、XPS、LEED等表面科學分析手段研究Cu(110)上一維金屬-有機化合物和共價低聚物的生長與結構，實驗中使用的前驅(qū)體分子為DMTP。在300K的溫度下，將覆蓋度為0.48ML

4、的DMTP分子蒸發(fā)到Cu(110)表面上，分子中的C-Br鍵立即解離，生成由C-Cu-C連接的金屬-有機分子鏈，這些分子鏈以兩種方式連接，分別為順反相間分子鏈和全反式之字形分子鏈。將單晶加熱到383K，蒸發(fā)覆蓋度為0.84 ML的DMTP分子到Cu(110)上，得到由全反式金屬-有機分子鏈組成的島嶼，能夠觀察到的最大島嶼約為120×120nm2。由于Cu(110)表面晶格的二重對稱性，這些島嶼沿呈鏡面對稱的兩個方向分布，而且這兩個方向相

5、對于Cu(ll0)的[001]方向夾角為±13°。在417 K的溫度下，將覆蓋度為0.48ML的DMTP分子蒸發(fā)到Cu(110)上，在亞分子水平上證明了金屬-有機分子鏈首先失去Cu原子，然后在更高的溫度下再進行C-C耦合反應。將由大量金屬-有機分子鏈組成的島嶼退火到458K，得到完全由C-C共價鍵連接的之字形低聚物，這些低聚物平均由5個MTP單元組成，且沿分子鏈方向被拉伸，使其夾角為125°。這些結果均證明了基體表面晶格及其對稱性對有序

6、的金屬-有機中間體和最終共價產(chǎn)物的結構和選擇性具有重要影響。
　　2.在超高真空系統(tǒng)中，利用STM和XPS等表面科學分析手段，我們在Au(111)表面上逐步合成了之字形共軛聚亞苯基長鏈。在300K的溫度下，將前驅(qū)體分子DMTP蒸發(fā)到Au(111)表面上，前驅(qū)體分子在表面上生成大面積有序的自組裝結構。將樣品退火至353K，自組裝結構轉化成有序的Au-DMTP配位網(wǎng)絡。進一步將樣品退火至383K，表面上的DMTP分子全部反應生成括號形

7、的二聚體，Br原子吸附在二聚體分子的直線部分之間。退火到473K，大量之字形聚亞苯基長鏈生成并組成大面積島嶼。直接在473K的溫度下，將相同覆蓋度的DMTP蒸發(fā)到表面上，生成更長的聚亞苯基鏈，平均長度為30nm，觀察到的最長分子鏈為85nm，這是在表面上合成的最長的之字形共軛聚亞苯基鏈。此外，我們還對逐步反應過程中Br原子的行為進行了深入研究，利用亞分子分辨率的STM圖像首次觀察到了在退火過程中吸附在分子鏈間的Br原子脫附的現(xiàn)象。將在4