“小分子机器”量子结构的构造及其物性

低维量子结构的构筑及调控是物理学向小尺度研究方向延伸的核心问题之一.本文重点围绕高鸿钧及合作者在"小分子机器"量子结构的构造及其物性方面开展的研究,系统地介绍了他们在单原子层次上设计、构造和调控的若干小分子机器量子结构.代表性工作有:(1)构筑了四叔丁基酞菁锌((t-Bu)4-Zn Pc)分子在Au(111)表面上"抛锚"的、带有固定偏心轴的单分子转子及其有序阵列,证实了转动行为的可调控性;(2)实现了单个小分子极限尺度(0.6 nm)的可逆电导转变,进而实现了稳定、重复、可逆的超高密度信息存储中的原理性应用;(3)首次直接证实代表性的"分子机器"轮烷(Rotaxane)分子的构型及其电导的可逆转变,澄清了当时化学界的一个争论热点,该热点也是2016年诺贝尔化学奖的主要成果;(4)通过单个H原子的吸脱附实现了酞菁锰(Mn Pc)分子在Au(111)表面Kondo效应的调控,这种单个自旋量子态的可逆控制,实现了极高密度信息存储(40 TB/cm~2)的原理性应用;(5)在通过"原子手术"Mn Pc分子所创制的一种新"功能体系"上发现了朗德g因子在原子尺度上具有的空间分布不均匀性,这是长期以来一直未解决的问题.这些系统工作为单分子发电机/无线电辐射器及纳米电子器件等的构造组装与应用奠定了基础.     

1-壬烷基硫醇稳定的金纳米粒子的二维自组织

报道一种由硫醇稳定的小尺寸金纳米粒子形成的二维六方密堆积有序结构，这种结构是通过将含有金纳米粒子的甲苯溶胶滴在平整基底上而自发形成的。金纳米粒子主要是利用相转移试剂4－辛基溴化铵将金氯酸根离子从水相转移至甲苯有机相中，然后以硼氢化钠作为还原剂将其还原后得到的，在加入还原剂之前，先将一定量的1－壬烷基硫醇加入有机相中作为稳定剂，以此来调控金纳米粒子的成核和生长速度，从而达到制备目标尺寸金纳米粒子的目的。紫外－可见（UV）、红外光谱（IR）和X射线光电子能谱（XPS）表征结果表明了硫酸包裹的金纳米粒子的生成，透射电子显微镜（TEM）表征进一步证实了金纳米粒子的尺寸及由其构成的二维六方密堆积有序结构。     

单分子尺度识别结构异构体

正同分异构体现象广泛存在于自然界中.在有机化学中,同分异构体是指具有相同的分子式,但是结构不同的化合物.由于部分异构体结构差异很小,但是性质差异很大,识别和鉴定同分异构体对于基础研究和实际应用具有非常重要的意义.随着科学技术的发展,识别和鉴定同分异构体的分析方法已经发展得较为成熟,比如典型的光谱、核磁共振及色谱     

纳米尺度的数据存储

对当前的磁、光存储技术及基于扫描探针显微镜（SPM）的超高密度存储技术进行了介绍，并对它们各自的存储机理及发展前景进行了分析比较。磁、光存储技术将追求更小的信息位尺度，面临接近其原理上的起顺磁效应限制和光的衍射极限的限制。SPM具有原子级分辨及纳米加工能力，被广泛应用于信息的存储机理研究及存储器件的设计，成为超高密度信息存储的研究热点。     

超高密度信息存储材料及技术研究进展

信息技术的飞速发展,要求不断开发出具有更高信息存储密度及更快响应速度的材料和器件,因而在纳米尺寸上实现信息存储功能的新型超高密度信息存储材料已成为当前信息领域一个发展速度快、学科交叉多、竞争十分激烈的研究热点.简要介绍了近年来该领域主要的研究方法,并着重对利用扫描隧道显微镜/原子力显微镜(STM/AFM)写入信息的存储材料的最新研究进展进行了综述.     

晶态有机聚合物薄膜的制备和结构特性的研究

本文研究了用离子团束（ICB）方法制备聚乙烯薄膜；用透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）分析了聚乙烯样品，结果表明：用ICB技术制备的薄膜厚度较均匀，表面较平整，表面和界面的杂质、缺陷较少，在一定条件下可得到结晶极为完善的聚乙烯薄膜，晶片的最大尺寸为几十微米；发现了在聚合物中存在长周期结构；用STM发现了晶态聚乙烯薄膜表面的分子链折叠结构；用TEM得到了聚乙烯薄膜的晶格条纹像；发现了聚乙烯薄膜结构受单晶云母结构的极大调制，得到了大面积的相干Morie条纹像。对以上结果，均给出了分析和讨论。     

超微粒子—有机聚合物薄膜的研究

我们用离子团束－飞行时间质谱（ＩＣＢ－ＴＯＦＭＳ）系统制备了金（Ａｕ）超微粒子－聚乙烯（ＰＥ）薄膜和Ｃ６０－聚乙烯薄膜。用透射电子显微镜（ＴＥＭ）分析了所制备的样品。它们的结构是Ａｕ超微粒子镶嵌在多晶的ＰＥ薄膜中，其中Ａｕ原子团呈球形，直径分布在２．０－５．０ｎｍ窄范围内，当沉积基底温度为９０℃时，Ａｕ原子团相互靠近，几乎连接起来，但仍保持原来大小。基底温度为１４０℃蒸积的Ｃ６０－ＰＥ薄膜具有晶态