"於電化學控制下研究1,4 二乙炔基苯及其衍生物之單分子電性:單分子接合點的費米能階釘札效應"

Abstract

"在分子電子學之金屬電極-分子-金屬電極接合點(metal-molecule-metal junction, MMM junction)的架構中，費米能階釘札效應(Fermi-level pinning effect)係指電極的費米能階(Fermi level, EF)與分子的前緣分子軌域能階(frontier molecular orbital level, EFMO)之間的能量差(ε)，其難以在EF改變時而改變，亦即此能量差幾為定值。上述現象為分子電子學的一大難題。 本研究以「分子修飾亞甲基團(methylene, -CH2-)」的設計概念，嘗試解決費米能階釘札效應。以1,4二乙炔基苯(OPE1)分子為研究對象，合成兩種OPE1的衍生物，OPE1-1C與OPE1-2C，係在OPE1的乙炔頭基(anchor)上修飾一單元及兩單元的亞甲基團。預期亞甲基團能有效減少電極與OPE1之間的交互作用，進而減少費米能階釘札效應。本研究藉由「改變工作電位(working potential, Vwk)調整EF」的方式，獲取於不同Vwk下的單分子導電值。導電值上升(或下降)越多，代表EF接近(或遠離) EFMO。本研究運用電化學控制-掃描穿隧顯微術破裂接合法(electrochemical STM break junction, EC-STM BJ)及電流-工作電位掃描量測法(i-Vwk)，量測不同Vwk下的單分子導電值，再運用藍道爾公式(Landauer formula)擬合i-Vwk的曲線獲得ε隨Vwk變化關係，驗證亞甲基的修飾能否降低費米能階釘札效應。 本研究定量該效應為「1+(Δε/ΔVwk)」(%)。模型擬合的結果顯示，OPE1-2C與OPE1的費米能階釘札效應的比值約為0.7，具有兩個亞甲基單位的OPE1-2C分子接合點，其費米能階釘札效應比OPE1者減少約30%。"