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Si(111)-√3×√3Ag表面因其低电导率以及表面自由电子的存在,常被用作生长纳米结构的衬底。在本论文中,我们利用低温扫描隧道显微镜研究了Si(111)-√3×√3 Ag表面的各种性质以及有机分子在其表面的吸附。
1.利用STM针尖对Si(111)-√3×√3 Ag表面的低温IET相原子操纵的研究。Si(111)-√3×√3Ag表面有两种相,分别为低温相IET(基态)和高温相HCT(激发态)。其中IET相结构不成镜像对称,因此它有两个能量简并的结构,分别为IET+和IET-。在液氦温度下,我们成功地利用STM针尖将局部区域的基态IET激发至激发态HCT。由于激发态HCT相在液氦温度下不稳定,因此它会很快回到基态IET相。利用这一独特的机制,我们成功的实现了针尖诱导的IET+和IET-之间的相转变。此外,以前人们一直认为IET+与IET-之间的相分界线极为稳定,在该工作中,利用此特殊的原子操纵技术我们成功实现了对IET结构的相分界线的操纵。
2.Ag/Si(111)表面TBrPP-Co分子的吸附与操纵研究。我们发现,单个吸附的TBrPP-Co分子在Ag/Si(111)表面均以Planar的形式存在,并且他们存在且仅存在两种吸附形式。在A型中,正方形分子的一条边沿着衬底的[11(2)]方向,而在B型中,该边远离衬底的[11(2)]方向。对其进行的旋转操作研究发现,A型分子受STM针尖的激发会沿着衬底以固定的角度持续地旋转(每次60°,并且保持A型不变),而B型分子则会通过一次旋转转化为A型分子,然后沿着衬底以固定的角度持续地旋转。这一旋转操作实验充分地证明了A型是TBrPP-Co分子在Ag/Si(111)表面的稳定吸附类型。
3.表面态电子对近藤效应影响的研究。对吸附于Ag/Si(111)表面的单个TBrPP-Co分子进行的微分电导谱的测量表明费米面附近存在一个极为明显的共振峰,其所对应的近藤温度为180±10 K。在Ag/Si(111)表面,由于只有表面态电子对费米面附近的态密度有贡献,因此此近藤共振峰的出现是表面态电子对近藤效应作用的直接证据。此外,我们还测试了此样品的近藤共振的侧向衰减,发现其衰减长度高达1.5 nm。由于先前的理论和实验都表明体态电子所贡献的近藤共振的横向衰减长度均小于1 nm,因此这个大衰减长度进一步说明我们所观察到的近藤共振来自表面态电子的贡献。最后,通过控制表面Ag增原子的数量来控制表面态自由电子的密度,我们观察到当表面态自由电子密度非常小时,费米面附近的近藤共振峰消失,这同样证实了我们所观察到得近藤共振是来自表面态自由电子的贡献。
4.TBrPP-Co分子在Ag/Si(111)表面的自组装结构的研究。通过改变蒸发温度,TBrPP-Co分子在Ag/Si(111)表面上形成了截然不同的自组织结构。当蒸发电流为1.72 A时,分子将通过范德瓦而斯力结合而形成三种有序结构,其单胞相对于Si(111)的1×1结构分别为3√3×√3,9×9和〔415-4〕。而蒸发电流升至1.82 A时,分子同样会通过范德瓦而斯力结合而形成二维网络。有趣的是,分子的有序结构与岛的大小有关。在较小的岛中(一般小于20nm×20nm),分子形成有规则空穴的二维网络,而在较大的岛中(一般大于30nm×30nm),分子的自组织结构中形成了沿着Si的[11(2)]方向的一维缺陷。