科技部105年年報

（ a ）在 110°K 蒸鍍 0.1 層 C 60 分子，剛回溫至室溫時，出現一些不尋常形狀的 C 60 分子團；（ b ）蒸鍍 0.2 層 C 60 ，回溫至 室溫 2 小時，可看到中等尺寸的六邊形分子團；（ c ）在室溫蒸鍍較多的 C60 分子，則出現較大的、像是六邊形交疊而成的 島；（ d ）在室溫蒸鍍 C 60 分子得到一個大島，可看到島中有週期的莫列疊紋。圖（ a ）、（ b ）、（ c ）的比例尺是 10nm 。 4. C 60 分子在莫列干涉疊紋導引下所自組合而成 的奇異分子團 C 60 是由 60 個碳原子所構成的圓球狀中空分 子，與足球的形狀幾乎一模一樣，而分子間主要 是凡德瓦作用力。當於低溫（ 110°K ）蒸鍍少量 的 C 60 分子在矽基板時，觀察到 C 60 分子隨機結 聚，分子團的形狀不規則。當回溫至室溫時，分 子團調整為有規則、但形狀不是很緊緻的小島。 如果一開始蒸鍍 0.2 層 C 60 ，當樣品回溫至室溫 時，便出現許多中等尺寸的島，這些島多呈現六 邊形，較接近緊緻形狀。當蒸鍍量很大時，就出 現大島，其掃瞄穿隧顯微鏡的影像呈現周期亮 點，整個圖案像是兩種不同周期的圖案相疊所得 到的莫列干涉疊紋（ moire pattern ）。 雖然低溫蒸鍍的樣品在剛回溫至室溫時，有 多種尺寸六邊形的島，但在室溫停留幾小時後， 就會有分子轉移與分子團篩選出現。若樣品在室 溫停留達 48 小時，則表面幾乎只剩下 37 顆的 島，成為唯一存留之特別穩定的奇異分子團，這 是首次觀察到分子在表面的自組織結聚時，可以 篩選到單一尺寸的分子團。 第一原理的理論計算，顯示 C 60 在 3 個金原 子的集中點有最高的位能，是位能峰，其他位置 則是位能谷。接著計算實驗觀察到的 C 60 島，在 此表面位能場滑移之最佳化（也就是最低能量） 位置，發現群體 C 60 分子所感受到的位能場，其 實是單一 C 60 所感受到的週期位能場的橫向放大 映射，可以說是一種莫列干涉位能場。於是小分 子團為了避開位能峰，便呈現不緊緻、甚至折曲 的形狀，而六邊形的 37 顆分子團之中心在位能 峰、六個邊在位能谷，很穩定。 總結來說，此研究揭露一個新的分子自組織 現象，起因是分子團晶格與基板晶格做莫列疊紋 干涉，結果分子團整體感受到的位能場是單一分 子感受到的位能場之橫向莫列映射放大，於是分 子團便調整形狀與尺寸來因應，自組織出最低能 量的分子團。我們可以利用這個分子團在表面晶 格感受到莫列干涉位能場的觀念，經由選擇表面 基板之晶格種類與晶胞大小，來對分子團做形狀 與尺寸的篩選調控。 支援學術研究 Ministry of Science and Technology 29