功能分子在固体表面上的构型是影响其电子结构的重要因素之一。国际上的前期研究工作重点主要在金属表面上有机功能分子的组装生长。而在作为绝缘层的绝缘体表面上有机分子生长机制的研究，对于实用器件的构筑意义重大。明升中国app院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室高鸿钧研究组对功能分子及其纳米结构在金属表面的生长模式与相互作用机制、物理性质等进行了系统的研究（PRB 69 075408; 73 075424; 77 113406; PRL 96 156102; 96 226101; 97 156105; 97 246101; 99 059602; 99 106402）。随着工作向实际应用方向的系统发展，他们在研究体系中引入绝缘层。

 

近日，高鸿钧研究组博士生季威等人与加拿大McGill大学Peter Grütter和郭鸿教授合作，通过利用高分辨原子力显微镜与第一性原理计算相结合的方法，对PTCDA这一有机半导体原型分子在NaCl绝缘体表面的生长模式进行了研究。研究发现PTCDA的第一层生长模式为浸润生长，其中分子平面与NaCl表面平行，且分子与表面的相互作用力为主导。与通常在金属表面的多层膜生长模式不同的是，在NaCl表面多层膜生长过程为去浸润生长，其中分子间的相互作用为主导。这使得原为浸润的第一分子产生了去浸润，即原与表面平行的PTCDA分子平面由于与第二层分子较强的相互作用而产生了倾斜（与第二层分子平行），而不再与表面大面积接触。这一转变来源于多种相互作用及其产生应力之间的相互平衡。通过理论计算与实验结合该研究澄清了一种有机功能分子在典型绝缘体表面生长的重要一步，即去浸润生长以及这种生长机制的原因。该项研究结果发现了一种新的分子多层膜生长模式，为组装实用化分子器件的研究奠定了良好基础。相关结果发表在2008年的《物理评论快报》（Physical Review Letters） (Phys. Rev. Lett. 100, 186104 (2008))上。

 

以上工作得到了国家自然app基金委、国家科技部和明升中国app院的部分资助。（来源：明升中国app院物理研究所）