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近年来,有机薄膜在各种衬底表面上的生长机制的研究如火如荼,引起了极大的关注。有机分子自组装薄膜材料,特别是酞菁化合物类,在气体传感器、有机发光器件、有机场效应晶体管和太阳能电池等方面具有广阔的应用前景,正因为酞菁分子的电子性质和高的热稳定性这些特性为新技术的发展提供了依据。 低温扫描隧道显微镜(LT-STM)是纳米科技研究领域中一项重要表征技术,能够对样品材料表面进行原子尺度下的纳米结构形貌的表征,同时联合扫描隧道谱(STS)功能,可深入地探索电子构造方面的内容。因此,STM的功能和用途的逐步完善,其俨然成为了纳米科技中对固体表面信息进行探测的重要研究工具。 本论文利用 LT-STM对酞菁铜(CuPc)分子在半金属衬底 Bi(111)上的自组装机制和手性特征分析分别进行了研究。论文首先讨论了极低覆盖度下,在液氮温度(78K)下我们观察发现了沉积在衬底Bi(111)上孤立的CuPc分子可绕着其分子中心位置发生旋转,这是由于存在较弱的分子-衬底间相互作用,旋转停止是在单个分子碰着其他分子形成分子团簇为止。当CuPc分子数量继续增加,可以陆续观察到分子链、团簇,最终形成了二维(2D)自组装分子薄膜。透过STM形貌图可观察到多个CuPc分子组合在一起不存在任何的旋转趋势,这是相邻分子间较强的相互作用阻碍了分子的转动。对此我们还发现 CuPc分子在衬底 Bi(111)上采取平躺的吸附形式,其形貌图展示与它的分子结构模型完全一致。在形成的2D薄膜区域中,所有的CuPc分子的吸附取向是一样的,有序排列与Bi(111)衬底的三个主要晶向轴中的一个平行,这归功于分子与衬底间对称性的耦合作用。 特别是,增加CuPc至一定沉积量时,STM图观察到非手性的CuPc分子存在明显的手性特性,其中表现为CuPc分子中相对的两个酞菁基团有了弯曲的现象。我们认为这种手性特征的来源是分子-衬底间非对称性的电荷转移及分子-分子间非对称性的范德华力(van der Waals)作用,是这两种相互作用的联合效果所致。继续增加CuPc吸附量还发现有趣的现象,当CuPc分子量达到一个分子单层(1ML)以上,CuPc分子的吸附状态便由“平躺”转变为“站立”的方式。这种吸附姿态的转变是由于此时相邻分子间相互作用起主导因素,而上层分子与衬底间的作用可以忽略,即上层CuPc分子采取“站立”吸附姿态是因为底层分子与Bi(111)衬底间的耦合作用存在。