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扫描隧道显微镜是一种先进的表面分析设备，它不但可以提供原子分辨的形貌图像，而且能够在实空间展示材料的电子结构。本文利用扫描隧道显微镜研究了手性分子团簇和单分子磁体Mn12的形貌和电子结构。
超分子风车团簇是一种具有明显左旋右旋性质的手性结构。先前的研究表明，由手性或非手性的极性分子组成的风车团簇，会产生强烈的分子间相互作用，如氢键或偶极相互作用。本文中，我们发现沉积在在半金属Bi(111)表面的非极性非手性并五苯分子由于分子间相互作用增强，可以自组装形成大的手性风车团簇。手性风车团簇的形成是堆积形成的六聚物中的C-C相互作用和近邻的六聚物中C-H相互作用二者相互竞争的结果。在团簇中有两个层次的组织手性:由沿分子长轴方向的不对称滑移错位引起的纯手性的六聚物和由六个手性六聚物构成的手性风车团簇。研究结果给出了点手性和组织手性之间一种新的关系，即在二维风车团簇里，前者不是后者的必要条件。
研究还发现不同覆盖度条件下，并五苯分子在半金属Bi表面呈现三种不同的吸附方式:平躺、侧躺和直立。不断增加分子覆盖度，我们分别在衬底表面发现了平躺分子形成的自组装岛状结构;侧躺分子构成的带状结构以及直立分子形成的单层晶态薄膜。分子的吸附方式发生了由平躺到侧躺再到直立的改变。这是由于随着覆盖度的增加，分子间相互作用与分子-衬底间相互作用相互竞争的结果。该结果实现了对亚单原子层并五苯薄膜中的分子排列方式的观测，对有机场效应晶体管的研究和发展有着重要的意义。
单分子磁体具有独特的量子性质及潜在的应用价值。这就需要我们在各种衬底上对能否得到单个单分子磁体和它的特性进行研究。我们利用低温扫描隧道显微镜，通过针尖沉积技术在半金属Bi(111)表面成功得到了单个Mn12分子，并从Mn12分子的高分辨STM图中辨别出了两种典型的分子取向。平躺Mn12分子显示出一个缩小的大小为0.40eV的HOMO-LUMO带隙。通过测量微分电导图，我们第一次在实空间内观察到了Mn12分子的分子轨道。理论计算结果和实验结果都表明，Mn12分子HOMO-LUMO能隙仅仅相当于单个自由Mn12分子的40％，这可以归因子电荷从Bi(111)衬底向Mn12分子的转移。尽管HOMO-LUMO能隙减少，但STM图显示Mn12下面的Bi(111)表面晶格基本上未发生变化，表明Mn-Bi相互作用很弱。我们的研究结果为直接探究固体衬底表面上单个单分子磁体的局部结构和电子性质提供了一个新的手段。