近自由分子的分子轨道的扫描隧道显微术研究

分子的结构和前线轨道（HOMO/LUMO）决定其化学性质。扫描隧道显微术(STM)是一种直接观测分子结构的有力手段。通常用金属或半导体做为衬底研究吸附分子的结构和电子学性质（包括轨道性质），因受电荷转移和金属能带对分子轨道的影响，一般只能得到与金属（或半导体）耦合后的分子轨道图像；由于针尖-衬底的费米能级和分子轨道能级相对位置的限制，甚至不能得到许多分子的轨道图像。为了得到与量子化学描述相同或相近的分子轨道，我们将采用脱耦层修饰的衬底以消除或减小金属对分子的耦合作用；选取合适功函数的衬底和针尖材料以改变分子轨道与衬底费米面的相对能级位置；采用低温超高真空STM，以期得到高分辨的分子轨道图像和能级；并通过第一性原理计算定量或半定量解释实验结果，以加深对分子轨道概念的理解。对表面上分子的分子轨道的研究也有利于我们认识和控制表面化学过程。

本项目利用扫描隧道显微术对分子的前线轨道进行了深入研究。为了屏蔽分子与金属的强相互作用，本实验中我们使用了金属表面上的外延生长的介质层作为分子的吸附衬底，如我们在稳定的√2*2√R45°结构上沉积了酞菁钴分子，通过扫描隧道显微镜图像发现在氧化亚层表面上的分子具有近自由分子的轨道分布，我们进一步的dI/dV Mapping的测量结果也与理论计算出的分子轨道结构十分吻合，这说明氧化亚铜层具有良好的屏蔽基底作用的能力。利用锁相放大器得到的微分图像也就是在费米能级附近某一能级位置处的轨道实空间分布，从而我们成功获得了分子的前线轨道。