近年来,多并苯分子作为有机半导体材料备受各界研究学者的极大重视与青睐。尤其是并五苯(PEN)分子,作为一种典型的有机半导体分子,由于其薄膜在有机器件中展现出很高的载流子迁移率,因此在有机电子学领域具有非常重要的潜在应用价值。扫描隧道显微镜(STM)作为一种先进的表面分析仪器,不仅能够获得原子尺度上的材料的空间信息,还可以操纵表面的单个原子、分子以及纳米结构。本文中我们通过有机分子束沉积法与超高真空-低温扫描隧道显微镜,同时结合密度泛函理论(DFT)计算方法,研究了PEN分子在Cd(0001)基底表面上的吸附方式和生长以及二维自组装。通过实验研究我们发现,改变退火温度,PEN分子单层会发生三次温度诱导的结构相变。我们将PEN分子在室温条件下沉积在Cd(0001)基底表面。当PEN分子覆盖度远小于1 ML时,由于分子在基底表面表现出很高的迁移率,在扫描过程中分子与针尖频繁地碰撞,致使单个PEN分子很难被STM清晰地成像,此时在基底表面上出现了许多模糊的特征,就像气体一样,这表明PEN分子与基底之间的相互作用非常弱。然而随着PEN分子覆盖率的逐渐增大,分子之间的距离逐渐变小,同时分子在基底表面的迁移率也渐渐下降。当PEN分子的覆盖度达到1 ML时,PEN分子在Cd(0001)基底表面随机排列形成杂乱无序的单层薄膜。为了获得PEN分子的长程有序的二维自组装结构,对PEN分子无序单层实施热退火处理。热退火效应不仅可以消除薄膜中的应力而且还会增大分子的振动能量,进而降低分子与基底之间的相互作用,增强分子间的范德华力,这有利于分子薄膜的有序生长。首先,在320 K条件下退火,在PEN分子单层中发生了由无序-有序的结构相变,其中交叉排列的两类不同取向的线性分子直链自组装形成长程有序的鲱鱼骨(herringbone)结构。其次,继续将退火温度提高至350 K,鲱鱼骨结构转变为手性三叶草结构,三个PEN分子二聚体排列成手性风车结构,该结构是一种从未被报道过的新结构。手性三叶草结构的形成可归结为偶极相互作用和分子间的π-π作用相互竞争的结果。最后,进一步将退火温度提高至400 K,手性三叶草结构会转变为普通的密排砖墙(brick-wall)结构。通过测量PEN分子单层薄膜的扫描隧道谱(9?(9(1,发现PEN分子自组装单层的最高占有能级HOMO(-1.3 eV)和最低未占有能级LUMO(+1.4 eV)之间的能隙为2.7 eV。通过密度泛函理论(DFT)计算,我们发现平躺在Cd(0001)表面的单个PEN分子两侧的电荷密度均增加,且沿长轴方向的分子两端的电荷密度的变化相反,这表明吸附后的PEN分子带有电偶极矩。特别奇特的是,在源自STM针尖电场的驱动下,PEN分子的手性三叶草结构的手性能够从一个对映体转换到另一个对映体。尽管仅在一个点处施加电压脉冲,但是整个畴区的手性都发生了改变。通过实验统计分析,发现左右两种异构体具有相同的手性转换概率。我们的研究结果对于理解和控制自组装结构中的组织手性是很重要的。