Сканувальна тунельна мікроскопія органічних молекул на інтерфейсі рідина - тверде тіло - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук Науковий консультант: Доктор фізико-математичних наук, професор академік НАН України Наумовець Антон Григорович Інститут фізики НАН України, завідувач відділу фізичної електроніки Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Литовченко Володимир Григорович Інститут фізики напівпровідників ім. Лашкарьова НАН України, завідувач відділу фізичних основ інтегральної електроніки доктор фізико-математичних наук Єремко Олександр Олександрович Інститут теоретичної фізики ім. Боголюбова НАН України, провідний науковий співробітник відділу нелінійної фізики конденсованого стану доктор фізико-математичних наук, професор Покровський Валерій Олександрович Інститут хімії поверхні НАН Украіни, завідувач лабораторії мас-спектрометрії біомолекулФізичні властивості таких плівок залежать від ступеня їх упорядкованості і значною мірою визначаються найближчими до підкладки шарами, тому особлива увага приділяється дослідженню факторів, які впливають на їх структуру, а саме: взаємодії перших шарів з підкладкою і між собою; впливу атомної структури підкладки на структуру ОП; міжмолекулярній взаємодії в першому моношарі. Однак, вакуумні СТМ-системи, крім того, що надзвичайно витратні, мають ряд принципових обмежень, зокрема, при дослідженнях структурно складних органічних молекул і біооб?єктів, плівки яких або не можуть існувати в вакуумних умовах, або не можна отримати вакуумним напорошенням. Таким чином, на момент постановки задачі даної роботи проблема отримання ОП та СТМ-дослідження їх структури з молекулярним розділенням на інтерфейсі рідина-Au(111) залишалась невирішеною. Також була створена і адаптована до рідинного середовища СТМ-система з атомною (молекулярною) роздільною здатністю, за допомогою якої вперше були проведені систематичні дослідження структури моношарових плівок на інтерфейсі рідина-метал для чотирьох класів органічних сполук: нормальних алканів (n-CNH2n 2), органосиланів, рідких кристалів (похідних трифенілена і гекса-пері-бензокоронена), фулеренів (С60, С70). В Україні і за кордоном СТМ-дослідження адсорбції вище перелічених сімейств молекул на інтерфейсі рідина-Au(111) до виконання дисертаційної роботи не проводились.На цій підкладці було досліджено адсорбцію довголанцюжкових сполук, зокрема n-алканів, трифеніленів, похідних фталоціанинів, порфіринів, деяких їх похідних та багатьох інших органічних молекул. Для стабілізації реконструкції поверхні Au(111) при нанесенні ОП, а також при проведенні СТМ-вимірювань необхідно було знайти рідке середовище, що, заповнюючи тунельний проміжок, створювало б квазівакуумні умови для підкладки й при цьому не порушувало роботи СТМ. Як потенційні рідини-протектори були досліджені речовини, використовувані як розчинники й тунельні середовища при роботі з підкладкою ВОПГ: 1-фенилоктан, С6Н5-С8Н17, фенилпентанол, С6Н5-С5Н10-ОН, 2,2,4-триметилпентан, С8Н18 (ізооктан), n-дифенілсульфід, С6Н5-S-C6H5, 1,1,3,5,5-пентафенілтрисілоксан і пять гомологів ряду n-алканів, n-CNH2n 2, від n-декана, С10, до n-тетрадекана, С14. Звертає на себе увагу те, що на СТМ-зображеннях окремих молекул число спостережуваних СН2-груп дорівнює рівно половині від числа атомів вуглецю в молекулі. В розділі були проведені розрахунки взаємодії між молекулами в моношарі, а також міграційних бар?єрів n-алканів вздовж напрямку .Виходячи з аналізу проведених досліджень, можна сформулювати найважливіші, на думку автора, результати та висновки роботи: 1) Запропоновано і реалізовано концепцію оперативних СТМ-вимірювань, яка дозволила кардинально розширити можливості методу при дослідженнях металоорганічного інтерфейсу в рідинному середовищі. Знайдено спосіб приготування і невакуумної консервації атомно гладких підкладок Au, завдяки чому стало можливим отримання високовпорядкованих плівок і СТМ-контроль їх структури на молекулярному рівні для нових класів органічних молекул. 3) Експериментально встановлено, що в інтервалі 10?n?50 характер структурної організації молекул n-алканів (n-CNH2n 2) на реконструйованій поверхні Au(111) немонотонно змінюється з довжиною алкильного ланцюга, що проявляється в чергуванні двох типів пакування, в змінному характері механізмів плавлення моношарів, а також в їх зниженій стабільності в інтервалі 18?n?28 („інтервал нестабільності”). Показано, що кореляція між структурою моношарів і довжиною молекул (ефект “магічних” довжин) зумовлена розбіжністю періодів алкильного ланцюга і підкладки Au(111) у напрямку і, як наслідок, аномально низьким потенційним барєром у цьому напрямку для n-алканів з “магічними” n, (16, 32, 48). Ефект спостерігається при змазуванні інтерфейсу n-гексадеканом (C16H34) і зумовлений збіганням довжини молекули n-гесадекану з періодом узгодженості між алкильним ланцюгом та поверхнею Au(111) у напрямку .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ