单分子振动模式空间分布的高分辨成像研究

项目名称： 单分子振动模式空间分布的高分辨成像研究

项目编号： No.11204361

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学I

项目作者： 郇庆

作者单位： 中国科学院物理研究所

项目金额： 29万元

中文摘要： 振动是分子的基本属性之一，通过对分子振动的研究，可以深入认识分子的物理和化学性质。利用超高真空低温扫描隧道显微镜（UHV-LT-STM）极高的空间分辨能力和扫描隧道谱（STS）分析能力在单分子尺度上研究分子的振动，能够消除传统光谱手段的平均效应，更加精确的研究单个分子的振动及其在分子内的空间分布。结合锁相放大技术，对吸附在退耦层上的单个有机分子的形貌、分子轨道以及分子振动模式的空间分布进行同时成像，并与理论模拟计算所得到的分子轨道分布进行对比，能够获得分子轨道空间分布与分子振动模式空间分布的对应关系。在此基础上，通过对分子不同轨道内振动模式的高分辨成像以及调制分子与金属基底的相互作用，进一步揭示了表面上分子吸附构型、分子振动模式以及分子轨道结构的相互影响、相互关联。这对于加深单分子尺度上电子-振动耦合本质的认识，推动单分子器件的应用和纳米分子学到达一个新的高度，都具有重要的意义。

中文关键词： 扫描隧道显微镜；退耦层；吸附构型；杨氏模量；振动态

英文摘要： Vibration is one of basic properties of molecules. By investigating molecular vibrations, people could understand the physical and chemical properties of molecules in a deeper way. Using an ultra-high vacuum low temperature scan tunneling microscope (UHV-LT-STM) system to study the vibrations of single molecules, could obtain the spatial distributions of vibronic states within the molecule. This is a more precise way to get rid of the average effect of normal optical spectroscopy methods. Combined with lock-in technique, the topography image, molecular orbital image and vibronic state image of single molecules adsorbed on a decouple layer could be obtained simultaneously. Imaging the vibronic states within different molecular orbitals with sub-Angstrom resolution and modulating the interactions between the molecule and the substrate, together with the calculated molecular orbitals, further reveal the interplay of molecular conformation, molecular orbital and vibronic state. This deepens the understandings of the nature of the electro-vibronic coupling at single molecule level, which is essential for the application of molecular devices and the development of nano electronics.

英文关键词： STM；decouple layer；adsorption conformation；Young modulus；vibronic state