闪烁噪声电学测试装置的研发和用于分子结界面输运模式的研究

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单分子尺度的研究对实验仪器提出了更高的要求,同时单分子尺度的精密仪器研发也是实现单分子领域重大科学发现的基础。分子电子学希望以单分子为电子元器件的基本单位,构建逻辑电路,最终实现分子集成电路。通过不断地发展,该领域已经在实验与理论上取得了重大突破,然而目前电输运性质研究还存在测量结果难以重现、器件稳定性不足等缺点。这些问题可以归因于分子-电极界面耦合强度的不明确。基于此,本人希望从分子-电极界面的闪烁噪声性质中获取更多的分子-电极之间构型与界面耦合强度的信息。一套测量闪烁噪声分析的系统被搭建起来,从而解决分子-电极界面状态未知的这一科学问题。基于闪烁噪声的分析提取出分子-电极之间的耦合模式。本人在Gabor Meszaros博士的指导下,针对闪烁噪声的测量开发了低噪声、全量程、高电流灵敏度的对数电流电压转换器,以此满足同时采集全量程的单分子实验信号。并进一步加入PID温度控制系统以及采用密勒补偿对对数电流电压转换系统进行优化,大大加强了整个系统的稳定性。为了采集到可靠的闪烁噪声数据,在STM-BJ系统上加入悬停控制系统,并利用MATLAB软件编写了闪烁噪声数据处理分析程序。为了验证方法的可靠性,我们使用该装置对两类具有特殊电输运性质的分子结进行闪烁噪声的测量及分析。本论文工作的主要研究内容如下:1.本人在Gabor Meszaros博士的指导下,研发了具有全量程、高精度、高稳定性的对数电流电压转换器,实现了飞安至毫安12个数量级电流数据的放大以及读取。2.利用研制的对数电流电压转换器,搭建用于单分子电输运性质测量的扫描隧穿裂结装置。在导师搭建的扫描隧穿裂结平台上加入悬停控制,以获得闪烁噪声的数据。进而,使用MATLAB软件编写了闪烁噪声的测量及分析程序,完成了闪烁噪声的测量及分析一体化平台。3.与陈志昕博士合作对具有大扭转角的高度定域体系进行了闪烁噪声分析,发现可以通过闪烁噪声将吡啶基锚定的金氮键配位,金π键配位以及相应的顺反异构四种构型四种分子构型区分开来,验证了闪烁噪声用于分析分子-电极界面输运类型的鲁棒性。4.与陈志昕博士合作,对氢键调控的相消量子干涉体系进行了闪烁噪声分析并通过归一化参数的变化趋势,证明了分子内氢键的引入对间位苯环中的相消量子干涉的抑制作用。
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