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  • 學位論文

研究並控制碳60, 鈷-碳60複合物與鈷奈米顆粒 在異質結構表面之成長機制

Study and Control the Growth Mode of C60, Cobalt Exohedral Doped-C60 Complex and Cobalt Nanoparticle on Hetero-structure Surfaces

指導教授 : 林敏聰
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摘要


在奈米材料的系統中,控制其成長機制永遠是相當重要且有趣的研究方向。因為藉由控制成長機制,系統中的許多性質就能被改變或者控制。而這也正是這個系統能否被拿來做日常生活上的應用的一項重要指標。比方說,從之前的研究結果指出,分子在異質介面的成長機制將會強烈的影響其導電的能力而這部份正是分子傳輸儀器所關心的重要問題。除此之外,控制磁奈米顆粒的密度、大小、排列對於將來發展磁紀錄的相關產品,也佔有非常重要的一席之地。因此,在這一本論文中,我們研究並成功控制了三種不同奈米材料的系統,它們分別是磁奈米顆粒、碳60薄膜以及鈷-碳60複合物。在下面幾個段落我們將一一介紹。 首先,我們試著去控制鈷奈米顆粒的成長機制。我們非常系統性的針對不同參數去學習其對鈷奈米顆粒成長機制的影響。這些參數分別是鍍膜溫度、鍍膜速度以及加熱溫度。我們發覺控制鈷奈米顆粒的密度、大小以及排列性在氧化鋁在鎳鋁(001)的表面這種特殊奈米結構基板是真的可能的。在140 K到170 K的成長溫度之間,低速的成長速度(0.027 原子層/分)是被保證能獲得好的排列性以及較高的顆粒密度的。在統合了之前研究所瞭解的1.5原子層厚的鈷奈米顆粒對加熱的穩定度後,我們證明了我們真的可能控制不同材料之奈米顆粒的成長模式。 接著,我們用穿隧式電子顯微鏡分別在一百K以及室溫下探討了碳60單層薄膜在銅(001)的表面之成長機制及其結構。我們發覺碳60單層膜的熱平衡吸附結構居然對起始的碳60覆蓋量非常敏感。當起始覆蓋量小於0.5層時,碳60的長程有序性結構是沿著[110]的方向長成一亮列一暗列。然而,若起始覆蓋量接近一層,則其長程有序性結構就變成了沿著[110]的方向長成兩亮列一暗列的形式。此外,當此系統遇到從亮變暗或從暗變亮的過渡性區域,還會有一種卷曲狀的碳60在室溫下被觀察到。這種結構的告訴我們碳60在此系統下不同的分子指向具有不同的對稱性。此外,此系統的熱穩定度非常高,加熱溫度一直到超越800~900 K才會產生分裂或飛離基板的情形。在所有研究相關碳60原子層在不同金屬表面的成長機制中,這樣具有高熱穩定度且決定於起始覆蓋量的超晶格結構是非常獨特的。我們在論文中也提出了關於超晶格結構從兩亮一暗的相位變成一亮一暗的相位的可能解釋。 最後,我們還針對鈷原子在長程有序性的單層碳60在銅(001)表面的成長機制利用低溫穿隧式電子顯微鏡做出了完整的研究。我們發現摻雜鈷原子在這系統時,鈷原子會跟在暗列上的碳60鍵結,且是鍵結在碳60這個鳥籠結構的外面。我們還觀察到當鈷原子的覆蓋量小於0.15層這樣的鍵結會產生出由三個三角形所組成的獨特內部結構。我們也提出一個可能的鍵結結構來解釋這個獨特的三個三角形所組成之內部結構。我們也發覺,當鈷的覆蓋量越來越高,越來越多鈷原子跟暗列上的碳60產生鍵結而且這些複合物也還是跟暗列的碳60一樣是非常完整的排列在[110]的方向上。這個研究有可能打開一扇窗,使得科學家有機會針對這種過渡性元素摻雜在碳60的表面做實驗上的相關研究,而不再只是停留在理論上的討論。

並列摘要


參考文獻


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