文獻回顧

自 1985 年，人類發現富勒烯後，大量相關的研究開始一一展開，1991 年，

Haddon 等人首次發現若將富勒烯參雜鹼金屬時，金屬行為的特性會變得非常明 顯 [2]，甚至會出現超導(superconductivity)的狀態 [3]，特別是參雜鉀、銫等金 屬(形成 K3C60或 Cs3C60As )時，超導的現象特別明顯，不過，要形成此超導狀態 結構卻不容易，比如說要在低溫和高壓的環境下成長，才會達到此超導狀態。

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自C60超導特性的現象被發現後，許多研究學者開始對C₆₀分子在金屬表面 的傳導現象很有興趣。1993年，Tomihiro Hashizume研究團隊首次發現了當C60

分子吸附在Cu(111)金屬表面時，會存在類似銅表面挖洞填滿的現象，同時也預 測在這樣的系統中，電子將會有大量的轉移現象 [4]，但由於當時的測量計算儀 器科技不夠先進，以致要量測此分子/金屬介面系統的電子轉移量非常地困難，

所以當時確切的實驗結果也無從證實。 1997年， Ku-Ding Tsuei研究團隊持續進 行 了 C₆₀ / Cu(111) 介 面 的 研 究 ， 他 們 以 光 電 子 能 譜 (photoemission spectroscopy)(PES) 以 及 鄰 邊 緣 x 射 線 吸 附 質 譜 儀 (near-edge X-ray-absorption spectroscopy)進行分析實驗，最後發現，在絕對溫度300K下，Cu塊材會有將近 1.5~2個電子轉移至每個C60分子上 [5]。 而此項研究的發現，讓學者界更加地好 奇C₆₀ / Cu(111)界面的現象。 但就在2004年，Hai-Ping Cheng研究團隊卻發現，

使用第一原理計算C60 / Cu(111)介面所得到的結果與實驗結果卻不相符，他們認 為在銅塊材表面上，應該是接近0.8個電子轉移至C₆₀分子，而此項結果使得C₆₀ / Cu介面的現象更加的撲朔迷離 [6]。 2009年，Guillaume Schull研究團隊指出，

在C₆₀ / Cu(111)結構下，所量測出來的電導光譜(conductance spectra)暗示了電子轉 移現象非常強烈，但在實驗中卻不確定C60 / Cu(111)介面是否有無重構[8]。 直到 2010年，台灣大學白偉武博士研究團隊共同發表關於C60 / Cu(111)介面的相關研 究，他們以掃描碳針顯微術與能譜術、光電子能譜結合低能量電子繞射譜，證實 了C₆₀在Cu(111)基底上會形成規律的奈米坑，而關於電子轉移的部分，則是藉由 角積分與角分辨光電子能譜 (angle resolved photoemission spectroscopy) (ARPES) 分別得到電荷總轉移量和能帶結構，再以掃描碳針能譜術的超高空間解析度得到 結果 [7]，而他們得到了最重要的結論，即是〝電荷轉移與表面重構有絕對的關 係〞，在表面有重構時，每個C₆₀分子將會得到3個電子，而在表面無重構時，電 荷轉移量卻小於1個電子，這是項驚人的發現，但2010年的那篇文獻內容只探討 了狀態密度分析，卻沒有進一步地做傳輸的計算。 而為了驗證直觀上重構介面 會比非重構介面的電子傳輸還要來的強，以及更釐清實驗中的不確定性(有重構

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或無重構)所得到的結果，我們模擬出C₆₀ / Cu(111)的系統，相信可以對電子傳輸 的分析有著更清楚釐清的解釋，而這也是本篇論文研究主要的探討重心。

而另外也有關於其他 C60/金屬接面相關的研究，像是 1998 年，P. Moriartye 研究團隊開始研究 C60 分子在矽表面 Si(111)和 Si(100)面上的電子轉移(charge transfer)現象，但預測結果卻不如 C₆₀/Cu(111)介面來的好 [9]。 2004 年，Xinghua Lu 研究團隊著手研究 C60分子吸附在金表面 Au(111)及銀表面 Ag(100)時的電子 轉移情況，結果發現 C₆₀分子在 Au(111)金屬表面時，幾乎無電子轉移現象；而 當 C60分子在 Au(100)金屬表面上時，大約只有 0.2 個電子從 Au 表面轉移至 C60

分子上 [10]。

近幾年來，有關於分子/金屬界面的探討，實驗技術已逐漸趨向成熟，加上 電腦的處理能力大幅地精進，若實驗部分與理論模擬同時並行，將會使得研究的 盲點更加的清楚釐清。 而在此，我們將以第一原理模擬計算 C60 / Cu(111)介面 結構的傳導現象，相信能對此領域的分析有著更進一步的釐清。

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