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近年来，利用具有特殊化学性质和物理性质的分子所形成的功能纳米结构，设计，合成和构建分子器件逐渐成为目前纳米科学界的研究热点。本论文的主要工作集中在利用八辛氧基酞菁分子作为模板在石墨表面构筑二元共吸附体系以及三维立体结构。并在此基础上，结合制备毛细管分子隧道结方法和其他检测手段，从不同的视角研究了隧道结的传输特性，例如：电极材料，有机分子功能结构，温度效应以及p/n型分子异质结等。主要内容包括以下几个方面：
一、二维组装模板的分子陷落现象研究我们主要利用扫描隧道显微镜，对八辛氧基酞菁的二维组装的网状结构对单个酞菁分子以及卟啉类分子和杯芳烃分子的陷落效应进行了详细的研究。结果表明单个分子更易于被四次对称晶格结构捕获，而不是六次对称晶格结构，并且畴界边缘比畴区内部更容易捕获分子。这个现象类似于固体材料中的点缺陷，断层和颗粒边界分离现象。这个工作为以后的网状结构作为分子模板构筑功能纳米结构奠定了基础。
二、八辛氧基酞菁分子二维组装结构的堆积行为研究利用分子间各种相互作用构筑分子纳米结构是目前研究热点之一，我们希望在以往构筑二维平面结构的基础上向三维立体空间结构发展。通过直接在石墨表面滴加溶液的实验，我们可以观察得到稳定吸附的八辛氧基酞菁分子的双层结构。高分辨扫描隧道显微镜图像表明上层组装层相对于下层分子组装结构有一定的位移。同时，我们利用分子力学的方法对该体系进行模拟计算，证明这种层与层之间的位移归因于酞菁分子的π-π相互作用，结果和实验相吻合。这个研究表明八辛氧基酞菁分子的多层生长受到π-π相互作用的影响，特别是范德华力的影响。该结论对于今后构筑三维纳米功能结构提供了一定的参考。
三、电极材料和有机分子功能团对电子隧穿特性的影响利用新颖的制备毛细管隧道结的方法，我们研究了一系列十八烷烃衍生物(如：十八硫醇、十八胺、十八酸、十八醇和十八碘)在金属锡电极上的电子隧穿行为。测量的特征曲线表明在锡电极上随着分子官能团的改变，能带宽度有如下顺序：△C17H35COOH＞△C18H37OH＞△C18H37SH＞△C18H37NH2＞△C18H37I。同样，以金属铟为电极的隧道结的能带宽度虽然具体数值不同，但有着同样的顺序。这个实验观察表明分子与电极的接触方式，以及官能团和基底都对分子隧道结的传导特性起到了至关重要的作用，有利于今后在构造分子器件时对于电极和分子的选择。
四、电子隧穿特性的热激发跃迁效应对于实际应用来说，分子自组装膜的热稳定性和长期稳定性都是至关重要的。因此，在此基础上我们对这种毛细管分子隧道结的热稳定性进行了研究。我们选取金属锡作为电极材料，在室温到130℃的范围内测量了十八醇分子隧道结的隧穿行为。实验结果显示这种隧道结的阻抗在80℃左右显著增加。我们认为这种隧道结阻抗的跃迁行为与分子终端基团和电极表面的氢键的断裂有着密切的关系。
五、控制p/n型酞菁分子相分离的整流效应随着毛细管隧道结制备技术的逐渐成熟，我们将研究领域进一步拓展到功能有机分子。众所周知，酞菁类分子因其优良的成膜特性、高稳定性以及丰富的光电性质，一直是人们制备分子器件的理想材料。而我们可以通过简单的化学修饰合成出我们需要的p/n型有机半导体材料。因此我们对两类酞菁分子进行了相关的研究。实验结果表明在单一种类酞菁分子的隧道结中，其能带宽度没有明显变化。相反，在p/n型酞菁分子混合体系中，因为掺杂了p型酞菁(氟代铜酞菁)能带宽度向正偏压方向有了明显的偏移。我们认为这种隧道谱位移的原因在于p/n型酞菁分子在异质隧道结中相分离所引起的整流效应。这个工作对于将来制作相关的整流器件提供了帮助。