巴基碗分子在惰性表面的自组装结构和物性研究

This project aims at the self-assembly and physicochemical properties of corannulene and derivatives on inert surfaces by means of ultrahigh-vacuum low-temperature scanning tunneling microscopy. Various inert surfaces, e.g. graphene and transition-metal dichalcogenides, will be adopted as the substrates to significantly weaken the coupling between the molecules and the substrates. We’ll investigate the temperature dependence and electrical-field dependence of the bowl-to-bowl inversion of the buckybowls. The adsorption configurations of the buckybowls will be identified and the mechanism of the self-assembling behaviors will be clarified. The effect of the molecular adsorption on the electronic structures of the substrates will be addressed. We’ll also tune the self-assembling structures by additional metals and/or salts and study the metal-buckybowl coordinations. We expect the proposed research to have a marked impact not only in view of the addressed fundamental scientific questions but also for paving the way for potential applications of buckybowl-based materials in electronics, photonics and energy storages, allocating the proposed research a high technological relevance.

巴基碗（buckybowls）分子在固体表面的自组装结构及其物性，是巴基碗物理化学特性研究的重要内容和有效途径。本项目拟利用超高真空低温扫描隧道显微镜，研究corannulene及其衍生物等巴基碗分子在惰性表面的自组装结构及其物性。我们将采用石墨烯、金属硫属化合物等惰性基底，减弱巴基碗与基底的界面作用，从而对巴基碗分子bowl-to-bowl inversion特性进行深入细致的研究；研究巴基碗分子间相互作用与其吸附构型的对应关系，进而揭其示自组装行为的物理根源；研究巴基碗分子吸附对基底电学特性的影响；研究外来金属原子或离子对巴基碗自组装结构的调控，探寻金属原子和离子与巴基碗配位的特点和规律。预计通过本项目的研究，将在原子/分子水平上更全面和深入地理解巴基碗的物理化学特性，为巴基碗材料的开发及其在信息、能源等高科技领域的应用提供科学基础。

巴基碗分子在固体表面——特别是惰性衬底表面——的自组装结构和物性，是研究巴基碗物理化学特性的重要组成部分和有效途径。本项目通过分子束外延方法和超高真空低温扫描隧道显微镜，研究了一种巴基碗分子tetrabenzocorannulene在惰性金属Au(111)和Ag(111)表面的自组装行为，发现分子有多种自组装结构，可能有分子的bowl-to-bowl inversion 有关；通过施加针尖电压脉冲，可调控tetrabenzocorannulene分子在Ag(111)表面的分子吸附构型；在Ag(111)表面沉积BiBr3盐，可改变tetrabenzocorannulene分子的自组装结构；研究了C60分子在corannulene/Cu(110)表面的生长过程，发现不同于传统金属外延生长的行为，可能与分子的尺寸和分子构型的柔性有关；探究了在石墨、硅片和云母表面酞菁铁分子的生长和构型。此外，还研究了多种二维层状材料和拓扑材料的结构和物性，证实单层TaIrTe4和Bi4Br4是二维拓扑绝缘体，为实现高温自旋霍尔效应提供了材料平台。这些研究有助于我们深入理解巴基碗分子、二维材料和拓扑材料背后的深刻的物理内涵。