余涛; 付诗润; 鲁鸿平; 王俊忠

doi:10.7498/aps.74.20250076

摘要

本文利用低温扫描隧道显微镜(STM)研究了苉分子在Cd(0001)量子阱薄膜上的自组装和薄膜生长. 在亚单层的覆盖度, 苉分子会铺满整个衬底表面并形成无序的二维分子气, 表明苉分子之间存在静电排斥力. 随着覆盖度的增加, 第1层分子会发生无序-有序相变, 形成由平躺分子组成的分子带平行阵列. 高分辨的STM图表明, 分子带的基本结构单元是携带相反电偶极矩的苉二聚体. 更重要的是, 在特定的偏压下第1层分子带会出现电子透射现象: 可以透过分子层看到下面的Cd衬底原子. 当覆盖度超过1.0 分子单层, 第2层苉分子也会形成分子带阵列, 其基本单元是一个平躺分子和一个侧立分子组成的二聚体, 类似于苉晶体中的(110)面. 有趣的是, 第2层苉分子带也出现了电子透射现象. 以上结果表明, Cd(0001)薄膜中的量子阱态上的电子具有超强的穿透能力, 其竖直隧穿长度达到了两个苉分子层的距离.

关键词:

Abstract

The thin films of picene on the Cd(0001) surface are investigated by scanning tunneling microscopy (STM) in this work. Compared with conventional noble metal substrates such as Au, Ag, and Cu, Cd(0001) has low electronegativity and small work function , which can effectively weaken the molecule-substrate interactions, thereby promoting the intermolecular van der Waals attraction. The experiments are conducted by ultrahigh vacuum low-temperature STM combined with a molecular beam epitaxy system. The crystalline Cd(0001) films are grown on a surface of Si(111)-7×7 by depositing 15-20 monolayers of Cd atoms, followed by being annealed. The picene molecules are deposited on the Cd(0001) surface at 100–120 K, where monolayer (ML) is defined as the critical coverage before second-layer nucleation. All STM measurements are acquired in constant-current mode.It is observed that, in the submonolayer regime, the picene molecules occupy the entire substrate surface and form disordered two-dimensional molecular gas, indicating the existence of electrostatic repulsive interaction among picene molecules. With the coverage increasing, the first layer of molecules undergoes the disorder-order transition, forming the parallel array of molecular stripes of flat-lying molecules. The high-resolution STM images show that the building block of molecular stripes is a picene dimer with the opposite dipole moments. More importantly, under a specific bias voltage, the first layer of molecular stripes exhibits electronic transmission: not only can the underlying Cd substrate atoms be observed, but also the standing waves of scattered electrons can be observed near the defects. When the coverage exceeds 1.0 ML, the second picene layer also forms the stripe array composed of picene dimers of a flat-lying and a side-on molecules, similar to the (110) plane in picene crystals. The above results show that the electrons from the quantum-well states of Cd (0001) thin film have very strong penetration ability, and their vertical tunneling length reaches to the distance of two molecular layers.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者: 王俊忠, jzwangcn@swu.edu.cn

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11874304, 11574253)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author: WANG Junzhong, jzwangcn@swu.edu.cn

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11874304, 11574253).

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