本論文工作著重於單分子導電值的量測，並探究分子結構對電性之影響因素。主要的研究方法為掃瞄式探針顯微術(scanning probe microscopy)包括掃瞄式穿隧顯微術(STM, scanning tunneling microscopy)、導電原子力顯微術(conductive atomic force microscopy)以及使用STM建構出兩電極間隙為單分子尺度的方法(STM break junction)。本研究工作所探討的分子可粗分為剛性的金屬串(結構見圖2-1)與非剛性之有機線型分子(結構見圖3-1)。前者是以四個呈螺旋狀結構的吡啶胺配位基將三、五、七核之金屬原子架在分子中心，形成一維之金屬串。所探討的金屬中心為鎳、鈷、鉻，其金屬原子間之鍵數分別是0、0.5、1.5，定性與定量的結果都顯示金屬原子間之鍵數與該分子的導電能力呈現正相關。五核與七核之鉻金屬串的表現出兩種導電性質，可以解釋為電子雲的分佈是定域與非定域於鉻原子之間的兩種結構。第二類的分子是兩端含硫醇官能基的苯環–呋喃寡聚物(furan oligoaryls)，除了研究製成具備晶格排列單層膜的方法，本論文以STM break junction觀察到苯環–呋喃寡聚物導電值的大小與構形的變化有關。也證明了頭基與苯環–呋喃混成程度若增加會降低頭基與電極之間的接觸導電值。

The effect of molecular structure on single molecular conductance is studied by STM (scanning tunneling microscopy), c-AFM (conductive atomic force microscopy), and the repeated formation of single molecular junctions (STM break junction). The target molecules are rigid metal strings (Figure 2-1) and somewhat flexible furan oligoaryls (Figure 3-1). For the former, those metal strings have linear metal-atom chains which are helically wrapped by four all-syn oligo-□-pyridylamine ligands (L) to form strings of [MnL4(NCS)2] (Mn = Cr3, Co3, Ni3, Cr5, Co5, Ni5, and Cr7). The metal-metal bond orders for strings of nickel, cobalt, and chromium cores are, respectively, 0, 0.5, and 1.5 which correlate well qualitatively and quantitatively with their relative conductance. Penta- and heptachromium strings exhibit two types of conductance, ascribed to conformations of symmetric and alternating Cr-Cr bond lengths.
We manifest the effect of conformation on single-molecule conductance by relatively flexible furan oligoaryls with 6~18 conjugated double bonds. Also demonstrated is that the resistance at the molecule-electrode contact, instead of being a constant, is affected by the hybridization degree of the benzenedimethanethiol headgroup with the □-conjugated backbone.

第六章 參考文獻
(1) Gimzewski, J. K.; Joachim, C. Science 1999, 283, 1683.
(2) Williams, T. T.; Odom, D. T.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9048.
(3) Kelley, S. O.; Barton, J. K. Science 1999, 283, 375.
(4) Donhauser, Z. J.; Mantooth, B. A.; Kelly, K. F.; Bumm, L. A.; Monnell, J. D.; Stapleton, J. J.; Price, D. W., Jr.; Rawlett, A. M.; Allara, D. L.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. Science 2001, 292, 2303.
(5) He, J.; Chen, F.; Li, J.; Sankey, O. F.; Terazono, Y.; Herrero, C.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Lindsay, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1384.
(6) He, J.; Sankey, O.; Lee, M.; Tao, N.; Li, X.; Lindsay, S. M. Faraday Discuss. 2006, 131, 145.
(7) Venkataraman, L.; Klare, J. E.; Nukolls, C.; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nature 2006, 442, 904.
(8) Schull, T. L.; Kushmerick, J. G.; Patterson, C. H.; George, C.; Moore, M. H.; Pollack, S. K.; shashidhar, R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3202.
(9) Xu, B.; Tao, N. J. Science 2003, 301, 1221.
(10) Xiao, X.; Xu, B.; Tao, N. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6148.
(11) Haiss, W.; van Zalinge, H.; Bethell, D.; Ulstrup, J.; Schiffrin, D. J.; Nichols, R. J. Faraday Discuss. 2006, 131, 253.
(12) Ishizuka, K.; Suzuki, M.; Fujii, S.; Takayama, Y.; Sato, F.; Fujihira, M. Jpn. J. Appl. Phys. 2006, 45, 2037.
(13) Chidsey, C. E. D. Science 1991, 251, 919.
(14) Kramer, S.; Fuierer, R. R.; Gorman, C. B. Chem. Rev. 2003, 103, 4367.
(15) Love, J. C.; Estroff, L. A.; Kriebel, J. K.; Nuzzo, R. G.; Whitesides, G. M. Chem. Rev. 2005, 105, 1103.
(16) Poirier, G. E. Chem. Rev. 1997, 97, 1117.
(17) Ulman, A. Chem. Rev. 1996, 96, 1533.
(18) Rawlett, A. M.; Hopson, T. J.; Nagahara, L. A.; Tsui, R. K.; Ramachandran, G. K.; Lindsay, S. M. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3043.
(19) Cui, X. D.; Primak, A.; Zarate, X.; Tomfohr, J.; Sankey, O. F.; Moore, A. L.; Moore, T. A.; Gust, D.; Harris, G.; Lindsay, S. M. Science 2001, 294, 571.
(20) Cygan, M. T.; Dunbar, T. D.; Arnold, J. J.; Bumm, L. A.; Shedlock, N. F.; Burgin, T. P.; Jones, L., II; Allara, D. L.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2721.
(21) Bumm, L. A.; Arnold, J. J.; Cygen, M. T.; Dunbar, T. D.; Burgin, T. P.; Jones, L.; Allara, D. L.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. Science 1996, 271, 1705.
(22) Dunbar, T. D.; Cygan, M. T.; Bumm, L. A.; McCarty, G. S.; Burgin, T. P.; Reinerth, W. A.; Jone, L., II; Jackiw, J. J.; Tour, J. M.; Weiss, P. S.; Allara, D. L. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4880.
(23) Lewis, P. A.; Smith, R. K.; Kelly, K. F.; Bumm, L. A.; Reed, S. M.; Clegg, R. S.; Gunderson, J. D.; Hutchison, J. E.; Weiss, P. S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10630.
(24) Smith, R. K.; Reed, S. M.; Lewis, P. A.; Monnell, J. D.; Clegg, R. S.; Kelly, K. F.; Bumm, L. A.; Hutchison, J. E.; Weiss, P. S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 105, 1119.
(25) Leatherman, G.; Durantini, E. N.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Stone, S.; Zhou, Z.; Rez, P.; Liu, Y. Z.; Lindsay, S. M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4006.
(26) Dorogi, M.; Gomez, J.; Osifchin, R.; Andres, R. P.; Reifenberger, R. Phys. Rev. B 1995, 52, 9071.
(27) Andres, R. P.; Bein, T.; Dorogi, M.; Feng, S.; Henderson, J. I.; Kubiak, C. P.; Mahoney, W.; Osifchin, R. G.; Reifenberger, R. Science 1996, 272, 1323.
(28) Wakamatsu, S.; Akiba, U.; Fujihira, M. Colloids and Surfaces A 2002, 198-200, 785.
(29) Yasuda, S.; Yoshida, S.; Sasaki, J.; Okutsu, Y.; Nakamura, T.; Taninaka, A.; Takeuchi, O.; Shigekawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7746.
(30) Blum, A. S.; Ren, T.; Parish, D. A.; Trammell, S. A.; Moore, M. H.; Kushmerick, J. G.; Xu, G.-L.; Deschamps, J. R.; Pollack, S. K.; Shashidhar, R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10010.
(31) Reed, M. A.; Zhou, C.; Muller, C. J.; Burgin, T. P.; Tour, J. M. Science 1997, 278, 252.
(32) Gonzalez, M. T.; Wu, S.; Huber, R.; van der Molen, S. J.; Schonenberger, C.; Calame, M. Nano Lett. 2006, 6, 2238.
(33) Ohnishi, H.; Kondo, Y.; Takayanagi, K. Nature 1998, 395, 780.
(34) Cui, X. D.; Primak, A.; Zarate, X.; Tomfohr, J.; Sankey, O. F.; Moore, A. L.; Moore, T. A.; Gust, D.; Nagahara, L. A.; Lindsay, S. M. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8609.
(35) Kushmerick, J. G.; Holt, D. B.; Pollack, S. K.; Ratner, M. A.; Yang, J. C.; Schull, T. L.; Naciri, J.; Moore, M. H.; Shashidhar, R. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10654.
(36) Seferos, D. S.; Blum, A. S.; Kushmerick, J. G.; Bazan, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11260.
(37) Beebe, J. M.; Kim, B.; Gadzuk, J. W.; Frisbie, C. D.; Kushmerick, J. G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 026801.
(38) Seferos, D. S.; Trammell, S. A.; Bazan, G. C.; Kushmerick, J. G. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 8821.
(39) Blum, A. S.; Kushmerick, J. G.; Long, D. P.; Patterson, C. H.; Yang, J. C.; Henderson, J. C.; Yao, Y.; Tour, J. M.; Shashidhar, R.; Ratna, B. R. Nature Mater. 2005, 4, 167.
(40) Blum, A. S.; Kushmerick, J. G.; Pollack, S. K.; Yang, J. C.; Moore, M.; Naciri, J.; Shashidhar, R.; Ratna, B. R. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18124.
(41) Slowinski, K.; Chamberlain, R. V.; Miller, C. J.; Majda, M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11910.
(42) Finklea, H.; Hanshew, D. D. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3173.
(43) Becka, A. M.; Miller, C. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2657.
(44) Creager, S.; Yu, C. J.; Bamdad, C.; O'Connor, S.; MacLean, T.; Lam, E.; Chong, Y.; Olsen, G. T.; Luo, J.; Gozin, M.; Kayyem, J. F. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 1059.
(45) Weber, K.; Hockett, L.; Creager, S. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8286.
(46) Liu, B.; Bard, A. J.; Mirkin, M. V.; Creager, S. E. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1485.
(47) Helms, A.; Heiler, D.; McLendon, G. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6227.
(48) Sikes, H. D.; Smalley, J. F.; Dudek, S. P.; Cook, A. R.; Newton, M. D.; Chidsey, C. E. D.; Feldberg, S. W. Science 2001, 291, 1519.
(49) Venkataraman, L.; Klare, J. E.; Tam, I. W.; Nuckolls, C.; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nano Lett. 2006, 6, 458.
(50) Kiguchi, M.; Miura, S.; Hara, K.; Sawamura, M.; Murakoshi, K. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 213104.
(51) Kim, B.; Beebe, J. M.; Jun, Y.; Zhu, X.-Y.; Frisbie, C. D. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4970.
(52) Li, X.; He, J.; Hihath, J.; Xu, B.; Lindsay, S. M.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2135.
(53) Chen, F.; Li, X.; Hihath, J.; Huang, Z.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15874.
(54) Xiao, X.; Nagahara, L. A.; Rawlett, A. M.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9235.
(55) Haiss, W.; van Zalinge, H.; Higgins, S. J.; Bethell, D.; Hobenreich, H.; Schiffrin, D. J.; Nichols, R. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15294.
(56) Xu, B. Q.; Li, X. L.; Xiao, X. Y.; Sakaguchi, H.; Tao, N. J. Nano Lett. 2005, 5, 1491.
(57) Visoly-Fisher, I.; Daie, K.; Terazono, Y.; Herrero, C.; Fungo, F.; Otero, L.; Durantini, E.; Silber, J. J.; Sereno, L.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Lindsay, S. M. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 8686.
(58) Xu, B.; Zhang, P.; Li, X.; Tao, N. Nano Lett. 2004, 4, 1105.
(59) Hihath, J.; Xu, B.; Zhang, P.; Tao, N. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 16979.
(60) van Zalinge, H.; Schiffrin, D. J.; Bates, A. D.; Starikov, E. B.; Wenzel, W.; Nichols, R. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4599.
(61) Ramachandran, G. K.; Tomfohr, J. K.; Li, J.; Sankey, O. F.; Zarate, X.; Primak, A.; Terazono, Y.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D.; Nagahara, L. A.; Lindsay, S. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6126.
(62) Wold, D. J.; Haag, R.; Rampi, M. A.; Frisbie, C. D. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2813.
(63) Jang, S. Y.; Reddy, P.; Majumdar, A.; Segalman, R. A. Nano Lett. 2006, 10, 2362.
(64) Xiao, X.; Xu, B.; Tao, N. J. Nano Lett. 2004, 4, 267.
(65) Selzer, Y.; Cabassi, M. A.; Mayer, T. S.; Allara, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4052.
(66) Reichert, J.; Ochs, R.; Beckmann, D.; Weber, H. B.; Mayor, M.; v. Loneysen, H. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 176804.
(67) He, J.; Chen, F.; Liddell, P. A.; Andreasson, J.; Straight, S. D.; Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Li, J.; Sankey, O. F.; Lindsay, S. M. Nanotechnology 2005, 16, 695.
(68) Moth-Poulsen, K.; Patrone, L.; Stuhr-Hansen, N.; Christensen, J. B.; Bourgoin, J.-P.; Bjrnholm, T. Nano Lett. 2005, 5, 783.
(69) Xiao, X.; Xu, B.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5370.
(70) Holmlin, R. E.; Haag, R.; Chabinyc, M. L.; Ismagilov, R. F.; Cohen, A. E.; Terfort, A.; Rampi, M. A.; Whitesides, G. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5075.
(71) Wold, D. J.; Frisbie, C. D. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2970.
(72) Fan, F.-R. F.; Yang, J.; Cai, L.; David W. Price, J.; Dirk, S. M.; Kosynkin, D. V.; Yao, Y.; Rawlett, A. M.; Tour, J. M.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5550.
(73) Smalley, J. F.; Feldberg, S. W.; Chidsey, C. E. D.; Linford, M. R.; Newton, M. D.; Liu, Y.-P. J. Phys. Chem. 1995, 99, 13141.
(74) Davis, W. B.; Sver, W. A.; Ratner, M. A.; Wasielewski, M. R. Nature 1998, 396, 60.
(75) Wu, L.-P.; Field, P.; Morrissey, T.; Murphy, C.; Nagle, P.; Hathaway, B.; Simmons, C.; Thornton, P. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1990, 3835.
(76) Pyrka, G. J.; El-Mekki, M.; Pinkerton, A. A. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1991, 84.
(77) Peng, S.-M.; Wang, C.-C.; Jang, T.-L.; Chen, Y.-H.; Li, F.-Y.; Mou, C.-Y.; Leung, M.-K. J. Magn. Magn. Mater. 2000, 209, 80.
(78) Shieh, S.-J.; Chou, C.-C.; Lee, G.-H.; Wang, C.-C.; Peng, S.-M. Angew. Chem. Int. Ed. 1997, 36, 56.
(79) Yang, E.-C.; Cheng, M.-C.; Tsai, M.-S.; Peng, S.-M. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1994, 2377.
(80) Wang, C.-C.; Lo, W.-C.; Chou, C.-C.; Lee, G.-H.; Chen, J.-M.; Peng, S.-M. Inorg. Chem. 1998, 37, 4059.
(81) Lin, S. Y.; Chen, I-W. P.; Chen, C.-h.; Hsieh, M.-H.; Yeh, C. Y.; Lin, T. W.; Chen, Y. H.; Peng, S.-M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 959.
(82) Chen, I-W. P.; Fu, M.-D.; Tseng, W.-H.; Yu, J.-Y.; Wu, S.-H.; Ku, C.-J.; Chen, C.-h.; Peng, S.-M. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5814.
(83) Lee, C. F.; Yang, L. M.; Hwu, T. Y.; Feng, A. S.; Tseng, J. C.; Luh, T.-Y. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4992.
(84) Lee, C. F.; Liu, C. Y.; Song, H. C.; Luo, S. J.; Tseng, J. C.; Tso, H. H.; Luh, T.-Y. Chem. Comm. 2002, 2824.
(85) Adams, D. M.; Brus, L.; Chidsey, C. E. D.; Creager, S.; Creutz, C.; Kagan, C. R.; Kamat, P. V.; Lieberman, M.; Lindsay, S. M.; Marcus, R. A.; Metzger, R. M.; Michel-Beyerle, M. E.; Miller, J. R.; Newton, M. D.; Rolison, D. R.; Sankey, O.; Schanze, K. S.; Yardley, J.; Zhu, X. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6668.
(86) Chen, I-W. P.; Fu, M.-D.; Tseng, W.-H.; Chen, C.-h.; Chou, C.-M.; Luh, T.-Y. 2006, submitted.
(87) Speyer, G.; Akis, R.; Ferry, D. K. 4th IEEE on Nanotechnology 2004, 128.
(88) Speyer, G.; Akis, R.; Ferry, D. K. IEEE Transactions on nanotechnology 2005, 4, 403.
(89) Huang, Z.; Xu, B.; Chen, Y.; Ventra, M. D.; Tao, N. Nano Lett. 2006, 6, 1240.
(90) Rubio-Bollinger, G.; Bahn, S. R.; Agrait, N.; Jacobsen, K. W.; Vieira, S. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 026101.
(91) Lin, S.-Y.; Chen, I-W. P.; Chen, C.-h.; Lee, C.-F.; Chou, C.-M.; Luh, T.-Y. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7915.
(92) Varsanyi, G., In Assignments for Vibrational Spectra of Seven Hundred Benzene Derivatives; Wiley: New York, 1974.
(93) Rico, M.; Barrachina, M.; Orza, J. M., In J. Mol. Spectrosc. 1967; Vol. 24, pp 133.