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图2 新型二维分子
特殊纳米结构的高分辨表征和物性
Structural and Property Characterization of Specified Nanostructures
项目批准号：59529204、59972036、10074059
中国科学技术大学 侯建国
在纳米尺度下，许多新型功能材料的发现都是以结构表征为起点的，并且它们表现出的性质和行为与其结构形态密切相关。因此纳米材料与结构的表征是纳米材料中的一个极为重要的研究领域，也是功能性纳米器件设计和纳米材料应用的基础。在多类基金项目的持续资助下，几年来我们在纳米材料和纳米结构的高分辨表征、控制以及物性研究等领域取得多项重要成果，发表SCI论文50余篇，申请专利3项，国内外学术会议邀请报告5次，获中科院自然科学一等奖1项。主要成果如下：
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图2 新型二维分子 |
● C60分子的笼状结构的直接观测和新型二维取向畴的发现
将C60分子组装在弱相互作用的分子薄膜表面，利用STM对单分子的高分辨成像，在国际上首次直接观测到近自由的C60分子的笼状结构，且能分辨碳-碳单键和双键。这种技术在探索其它富勒烯乃至有机分子的结构和特性方面将具有巨大潜力。利用这种直接成像技术，还首次发现二维C60点阵的一种新型取向畴结构，这是目前唯一发现的同时保持位置平移序和键取向序的一种新型畴界。此工作发表在英国《Nature》杂志上，被审稿人高度评价为"构思巧妙、实验严谨"的研究工作。
● 确定C60分子在Si(111)-7×7表面的吸附取向和局域电子
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图3 吸附在Si(111)-(7×7)单胞角位置的 | |
利用STM并结合局域密度泛函方法，在国际上首次确定了C60单分子在Si表面不同吸附位置的吸附取向和局域电子态。此工作发表在美国《Phys. Rev. Lett.》上，美国物理学会图片新闻网发布了题为"足球分子取向"的新闻报道，该成果被评为199年"中国基础科学研究十大新闻"之一。
● C60(111)2×2取向重构的实空间观测
利用STM在超高真空和液氮温度下对（111）取向的C60多层膜表面进行了观测，第一次在实空间观察到由于C60分子自旋取向有序而导致的2×2重构。此工作发表在美国《Phys. Rev. B》上。
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图 4 成果被评为1999年中国基础科学研究十大新闻 |
图5 C60多层膜(111)表面的2×2重构 |
● 基于C60的单分子器件的构造
负电阻效应在快速开关、震荡器和锁频电路方面有着广泛的应用。C60分子独特的笼状结构决定了它具有分立的窄的局域态密度分布特征，利用这一特征，通过单分子操纵技术和自组装技术，获得了C60单分子负微分电阻器件。这一研究成果为未来单分子器件的研制与开发提供了新的思路和实验依据。此工作发表在美国《Appl. Phys. Lett.》上，引起国内外学术界的重视，受邀为《真空科技最新进展》第3辑《介观隧穿器件》撰写有关负微分电阻分子器件的综述性文章。
● 双隧道结中金属纳米团簇的单电子隧穿效应
单电子隧穿效应是单分子和纳米器件的基础之一。利用STM研究了生长于自组装硫醇单分子膜上的、不同尺寸的二维金团簇和单层硫醇分子包裹的三维金团簇的I-V特性，澄清了库仑阻塞效应和分立量子能级在金属纳米团簇的单电子隧穿过程中各自所起的作用。此工作发表在《Phys. Rev. B》和《Appl. Phys. Lett.》上。
● C60-金属复合薄膜的特殊纳米结构
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设计和制备了具有特殊界面相结构的C60-金属低维复合结构，首次发现了一种纳米级C60正交相新结构以及一种新的夹层C60晶格结构，利用C60对金属纳米颗粒生长的自限制效应，获得了尺寸分布均匀的C60-金属纳米复合结构。这些结果表明，利用金属与C60的强相互作用，不仅可以改变C60的物性，还可以改变C60的晶体结构，产生新的纳米复合结构。此一系列工作发表在《Phys. Rev.B》、《Appl. Phys. Lett.》和《Adv. Mater》等科技杂志上。
● 金属/有机体纳米多层膜结构
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8 Ag包裹的C60复合纳米球通过改变紫外光照时间等外部条件，利用电泳法使有机配位体包裹的Ag纳米粒子形成金属和有机体分层有序排列的纳米多层膜结构。此工作开辟了通过液相流程制备金属/绝缘体多层膜的一种新途径，发表在《Journal of Crystal Growth》等科技杂志上。
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工程与材料科学部、国际合作局
主办 |
