有機分子在金屬表面上結構和動力學行為的第一性原理計算研究

杜世萱

中國科學院物理研究所，北京市海淀區中關村南三街8 號，郵編100190

　　分子-金屬體系具有獨特的物理化學性質,在基礎研究以及未來電子器件等應用領域受到人們越來越多的關注。金屬酞菁化合物由于其熱力學、化學穩定性及優良的光電特性等，在染料工業、光電功能材料等方面被廣泛應用,同時,大量的實驗工作也對該類分子的自組裝結構和單分子物性等在基礎研究層面進行了深入的研究。

　　我們利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，系統地研究了金屬酞菁，MPc(M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)，分子體系在Au(111)面上的吸附構型、界面電子結構以及磁性過渡金屬酞菁化合物的磁性性質等，與自由的金屬酞菁分子的以上性質進行了比較分析，從本質上對酞菁分子在金屬表面表現出來的的自組裝行為及單分子物性給出了合理的解釋。

　　研究結果表明，MnPc，FePc 和CoPc 分子與Au(111)的相互作用比NiPc, CuPc, ZnPc 與Au(111)的相互作用強;除CoPc 分子外，其他磁性金屬酞菁分子吸附前后中心金屬原子的磁矩保持不變;金屬酞菁分子在Au(111)表面的吸附能都不大，并且不同構型間的能量差異較小。

　　這些研究結果不僅成功地解釋了酞菁分子在Au(111)表面的自組裝行為以及單分子物理性質，結合實驗給出了動力學過程中分子亞穩態的構型，還對金屬酞菁分子在Au(111)基底上的動力學行為給出了合理的解釋，如，由于金屬酞菁分子不同吸附構型間能量差異小，使得在特定溫度下金屬酞菁分子在Au(111)面上容易擴散，與實驗上觀察到的FePc 分子在液氮溫度下仍然擴散的現象一致等。

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