《電荷輸運的電化學輔助STM裂結技術研究》是依託廈門大學，由毛秉偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電荷輸運的電化學輔助STM裂結技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：毛秉偉
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
STM裂結技術是一種適合從原理上探索金屬原子線和分子結量子輸運並以此篩選體系的重要而實用的測量技術。常規STM裂結技術運用體相材料作為金屬電極並通過機械撞擊而形成金屬同質結，難以用於構建軟質和不容易依靠機械撞擊形成原子線的金屬，由此也限制了非金材料作為電極的單分子結的構建和系統研究。申請者最近提出基於STM jump-to-contact機制的電化學輔助STM裂結技術，大大拓展了常規STM裂結技術的能力和普適性。 本項目擬運用該方法的優勢，構建晶形結構可控的金屬原子線，研究金屬原子點接觸的形成機制及其對原子線長度和電導值的影響；進一步探討STM裂結技術構建鐵磁性金屬原子線的條件並研究其電荷輸運性質；發展構建鐵磁性性金屬－分子－鐵磁性金屬單分子結並現場測量電導的方法，突破STM裂結技術在分子結研究中僅局限於針尖和表面材料皆為Au的現狀；發現可能蘊的新現象，引伸出交叉學科新的基本科學問題。
結題摘要
本項目發展了基於“jump-to-contact”機制的電化學STM裂結技術，從金屬電極材料和分子性質二個方面拓展了金屬量子結和金屬-分子-金屬單分結的體系，並研究了其電荷輸運規律。本項目的研究引申出磁性金屬-分子-磁性金屬單分子自旋電子學的研究。具體內容和成果如下：1、烷基羧酸分子與不同金屬電極構成的單分子結電荷輸運研究. 不同長度的烷基羧酸分子 (HOOC−(CH2)n−COOH, n = 1−5)與Cu和Ag 構成的單分子結的電荷輸運具有隧穿機制，衰減常數βN與金屬電極材料有關，分別為Cu 0.95± 0.02 /-CH2 和Ag 0.71 ± 0.03 /-CH2；但當烷基羧酸的長度減小到n=0而形成乙二酸單分子結時，這一結論發生顛倒。這一現象表明，分子與電極的電子耦合效率與電極的電子結構有關，同時還必須考慮通過空間的隧穿電流的貢獻。 2、金屬量子結的晶型可控性及機械拉伸行為研究. 藉助於Ag原子線，比較了電化學STM裂結技術與傳統STM裂結技術所測得的電導統計規律，演示了電化學輔助STM裂結技術構建的原子線具有晶型可控性，運用這一優勢，進一步對Cu和Fe原子線在外力拉伸過程中單原子結電導台階長度進行了研究，演示了結構演變的一致性和可控性，並提出了原子線在拉伸過程中經歷不同位置（如定位、穴位等）過渡的演變機制。 3、氧化還原分子結的電荷輸運特性. 針對三種具有不同氧化還原中心種類的分子，運用電化學快速循環伏安技術和STM裂結技術，從實驗上探討了二類方法在分子電荷輸運研究中的可比性。研究結果表明，鋨吡啶分子和苯二胺分子的單分子電導與電位有關單調變化的關係，說明分子的氧化和還原狀態對電荷輸運具有不同的能力；而二茂鐵類分子的單分子電導卻與其氧化/還原狀態幾乎無關，隱含著這類分子的電荷輸運符合超交換機制，STM裂結技術獲得的電子耦合因子較電化學方法具有相同或略高的數量級。4、金屬納米粒子對分子電荷輸運的增強. 針對“電極-烷基硫醇-納米粒子-氧化還原探針分子”體系，研究了金屬納米粒子對長程電化學電荷轉移的中繼作用。當以快速表面二茂鐵（SH-(CH2)6-Fc）作為Redox 探針反應時， 因不同性質納米粒子與橋接分子之間的化學作用和電子能級匹配程度的差異， Au納米粒子可以增強非導電性烷基硫醇分子的電荷輸運, Pd納米粒子的增強作用最弱，而Pt 納米粒子介於之間。
