关键词：机械可控裂结法;;控制技术;;PID;;单原子/单分子尺度
摘 要：控制技术在生产生活中的各个领域应用广泛,自动化控制技术方便了我们的生活,也推动了科技的发展。控制的范围可以大到工厂的生产设备,也可以小到生物体内的细胞,乃至生命过程的大分子,但是目前控制技术还很难达到单分子乃至单原子的水平。现阶段单原子或单分子的操控仍需要较为苛刻的条件,往往需要在真空、低温并且隔绝振动的条件下才能够实现,若能在室温下将反馈控制技术应用于单原子尺度测量过程的精密控制,将是控制技术应用领域的一大突破。本论文通过将基于闭环PID的主动控制技术与机械可控裂结技术(MCBJ)结合,利用闭环实时反馈控制来实现精密调控纳米电极对间距,保证单原子或单分子在纳米金属电极对两端的长时间稳定连接,从而在常温下实现对单原子或单分子的控制与稳定测量。目前尚未有人能实现分钟级的单原子稳定连接,这无论是对控制技术的应用还是分子电子学测量技术的研究都是一个较大的突破。在此基础上,本论文还讨论了采用控制技术调控和稳定分子结中的特定构型,并用光谱学和电学联用的方法进行单分子电学与光学同步表征的可行性。本论文的主要研究内容及结论如下:1.本论文通过对课题组原有MCBJ仪器软件系统的改造,将闭环PID控制技术用于MCBJ仪器中压电陶瓷的精确位移控制,从而实现了对纳米金属电极对间距的紧密调控,这为室温条件下形成稳定的金属原子点接触提供了解决方案。2.通过对Au单原子点接触连接的长时间稳定控制,使得深入研究Au单原子点接触的电输运性质成为可能。与手动开环控制相比,闭环PID控制的方法可使Au单原子点接触稳定连接达到数分钟,实现了室温下原子尺度的长时间稳定连接。针对Au单原子点接触控制系统,本论文通过优化PID控制参数,使Au单原子点接触稳定连接的状态保持在测试时间的99%以上。3.探索了反馈控制与MCBJ测量过程的联用技术的应用,使得获取更准确的单分子电学数据成为可能。通过单原子/分子尺度控制技术的应用,OPE2单分子结稳定连接状态占测试时间比例可达99%以上,最长连接时间可达237.6秒。4.尝试了通过单原子点接触的连接情况来检测与验证MCBJ仪器的稳定性,从而为仪器隔振系统的设计和优化提供了性能评价依据;设计和搭建应用反馈控制的MCBJ-拉曼光谱联用检测装置,通过反馈控制实现单分子结的稳定构筑,为获得准确构效关系下单分子的拉曼光谱提供了技术手段。
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