We perform temperature dependent conductance measurements on sub-nanometer sized single molecules bound to gold electrodes using a scanning tunneling microscope-based break junction technique in Ultra-High Vacuum (UHV). We find a threefold increase in the conductance of amine-terminated conjugated molecules when the temperature increases from 4 K to 300 K in UHV. Furthermore, the conductance measured at 300 K in UHV is consistent with solution-based measurements under ambient conditions where the transport mechanism corresponds to off-resonant electron tunneling across the molecule. Our measurements indicate that at 300 K, conductance is largely independent of pressure or solvent around the junction. In addition, our data unambiguously show that temperature can affect the tunneling conductance of single molecule-metal junctions. We show that the structure of the metal electrodes that form in these junctions varies systematically with temperature, and hypothesize that this changing structure of the interface alters electron tunneling probability and propose a mechanism to explain our findings.

1.
A.
Aviram
and
M. A.
Ratner
,
Chem. Phys. Lett.
29
(
2
),
277
283
(
1974
).
2.
R. H. M.
Smit
,
Y.
Noat
,
C.
Untiedt
,
N. D.
Lang
,
M. C.
van Hemert
, and
J. M.
van Ruitenbeek
Nature
419
(
6910
),
906
909
(
2002
).
3.
B. Q.
Xu
and
N. J.
Tao
,
Science
301
(
5637
),
1221
1223
(
2003
).
4.
D. J.
Wold
and
C. D.
Frisbie
,
J. Am. Chem. Soc.
123
(
23
),
5549
5556
(
2001
).
5.
L.
Venkataraman
,
J. E.
Klare
,
C.
Nuckolls
,
M. S.
Hybertsen
, and
M. L.
Steigerwald
,
Nature
442
(
7105
),
904
907
(
2006
).
6.
J. G.
Simmons
,
J. App. Phys.
34
(
6
),
1793
1803
(
1963
).
7.
J. M.
Beebe
,
B.
Kim
,
J. W.
Gadzuk
,
C. D.
Frisbie
, and
J. G.
Kushmerick
,
Phys. Rev. Lett.
97
(
2
),
026801
(
2006
).
8.
M.
Kamenetska
,
S. Y.
Quek
,
A. C.
Whalley
,
M. L.
Steigerwald
,
H. J.
Choi
,
S. G.
Louie
,
C.
Nuckolls
,
M. S.
Hybertsen
,
J. B.
Neaton
, and
L.
Venkataraman
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
19
),
6817
6821
(
2010
).
9.
T.
Hines
,
I.
Diez-Perez
,
J.
Hihath
,
H. M.
Liu
,
Z. S.
Wang
,
J. W.
Zhao
,
G.
Zhou
,
K.
Muellen
, and
N. J.
Tao
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
33
),
11658
11664
(
2010
).
10.
S. H.
Choi
,
B.
Kim
, and
C. D.
Frisbie
,
Science
320
(
5882
),
1482
1486
(
2008
).
11.
K.
Besocke
,
B.
Krahl-Urban
, and
H.
Wagner
,
Surf. Sci.
68
(
1
),
39
46
(
1977
).
12.
R.
Smoluchowski
,
Phys. Rev.
60
(
9
),
661
(
1941
).
13.
R. J. P.
Keijsers
,
J.
Voets
,
O. I.
Shklyarevskii
, and
H.
van Kempen
,
Low Temp. Phys.
24
(
10
),
730
736
(
1998
).
14.
F.
Bigourdan
,
J.-P.
Hugonin
,
F.
Marquier
,
C.
Sauvan
, and
J.-J.
Greffet
,
Phys. Rev. Lett.
116
(
10
),
106803
(
2016
).
15.
A. I.
Yanson
,
G. R.
Bollinger
,
H. E.
van den Brom
,
N.
Agrait
, and
J. M.
van Ruitenbeek
,
Nature
395
(
6704
),
783
785
(
1998
).
16.
C.
Untiedt
,
A. I.
Yanson
,
R.
Grande
,
G.
Rubio-Bollinger
,
N.
Agraït
,
S.
Vieira
, and
J. M.
van Ruitenbeek
,
Phys. Rev. B
66
(
8
),
085418
(
2002
).
17.
S. Y.
Quek
,
M.
Kamenetska
,
M. L.
Steigerwald
,
H. J.
Choi
,
S. G.
Louie
,
M. S.
Hybertsen
,
J. B.
Neaton
, and
L.
Venkataraman
,
Nat. Nano
4
(
4
),
230
234
(
2009
).
18.
M. L.
Trouwborst
,
E. H.
Huisman
,
F. L.
Bakker
,
S. J.
van der Molen
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. Lett.
100
(
17
),
175502
(
2008
).
19.
M.
Kamenetska
,
M.
Dell’Angela
,
J. R.
Widawsky
,
G.
Kladnik
,
A.
Verdini
,
A.
Cossaro
,
D.
Cvetko
,
A.
Morgante
, and
L.
Venkataraman
,
J. Phys. Chem. C
115
(
25
),
12625
12630
(
2011
).
20.
M.
Dell’Angela
,
G.
Kladnik
,
A.
Cossaro
,
A.
Verdini
,
M.
Kamenetska
,
I.
Tamblyn
,
S. Y.
Quek
,
J. B.
Neaton
,
D.
Cvetko
,
A.
Morgante
, and
L.
Venkataraman
,
Nano Lett.
10
(
7
),
2470
2474
(
2010
).
21.
J.
He
,
O.
Sankey
,
M.
Lee
,
N. J.
Tao
,
X. L.
Li
, and
S.
Lindsay
,
Faraday Discuss.
131
,
145
154
(
2006
).
22.
C. A.
Martin
,
D.
Ding
,
H. S. J.
van der Zant
, and
J. M.
van Ruitenbeek
,
New J. Phys.
10
,
065008
(
2008
).
23.
B.
Gotsmann
,
H.
Riel
, and
E.
Lörtscher
,
Phys. Rev. B
84
(
20
),
205408
(
2011
).
24.
L.
Venkataraman
,
Y. S.
Park
,
A. C.
Whalley
,
C.
Nuckolls
,
M. S.
Hybertsen
, and
M. L.
Steigerwald
,
Nano Lett.
7
(
2
),
502
506
(
2007
).
25.
P. D.
Williams
and
M. G.
Reuter
,
J. Phys. Chem. C
117
(
11
),
5937
5942
(
2013
).
26.
M.
Poot
,
E.
Osorio
,
K.
O’Neill
,
J. M.
Thijssen
,
D.
Vanmaekelbergh
,
C. A.
van Walree
,
L. W.
Jenneskens
, and
H. S. J.
van der Zant
,
Nano Lett.
6
(
5
),
1031
1035
(
2006
).
27.
G.
Sedghi
,
V. M.
Garcia-Suarez
,
L. J.
Esdaile
,
H. L.
Anderson
,
C. J.
Lambert
,
S.
Martin
,
D.
Bethell
,
S. J.
Higgins
,
M.
Elliott
,
N.
Bennett
,
J. E.
Macdonald
, and
R. J.
Nichols
,
Nat. Nano.
6
(
8
),
517
523
(
2011
).
28.
S. Y.
Quek
,
H. J.
Choi
,
S. G.
Louie
, and
J. B.
Neaton
,
Nano Lett.
9
(
11
),
3949
3953
(
2009
).
29.
S. Y.
Quek
,
L.
Venkataraman
,
H. J.
Choi
,
S. G.
Louie
,
M. S.
Hybertsen
, and
J. B.
Neaton
,
Nano Lett.
7
(
11
),
3477
3482
(
2007
).
30.
C. R.
Arroyo
,
T.
Frederiksen
,
G.
Rubio-Bollinger
,
M.
Velez
,
A.
Arnau
,
D.
Sanchez-Portal
, and
N.
Agrait
,
Phys. Rev. B
81
(
7
),
075405
(
2010
).
31.
H.
Park
,
J.
Park
,
A. K. L.
Lim
,
E. H.
Anderson
,
A. P.
Alivisatos
, and
P. L.
McEuen
,
Nature
407
(
6800
),
57
60
(
2000
).
32.
D.
Krüger
,
H.
Fuchs
,
R.
Rousseau
,
D.
Marx
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
89
(
18
),
186402
(
2002
).
33.
M. L.
Perrin
,
C. J. O.
Verzijl
,
C. A.
Martin
,
A. J.
Shaikh
,
R.
Eelkema
,
J. H.
Van Esch
,
J. M.
Van Ruitenbeek
,
J. M.
Thijssen
,
H. S. J.
Van Der Zant
, and
D.
Dulić
,
Nat. Nano.
8
(
4
),
282
287
(
2013
).
34.
J. B.
Neaton
,
M. S.
Hybertsen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
(
21
),
216405
(
2006
).
35.
J. D.
Jackson
,
Classical Electrodynamics
, 3rd ed. (
Wiley
,
New York
,
1999
), Vol. xxi, p.
808
.
36.
S.
Kubatkin
,
A.
Danilov
,
M.
Hjort
,
J.
Cornil
,
J. L.
Bredas
,
N.
Stuhr-Hansen
,
P.
Hedegard
, and
T.
Bjornholm
,
Nature
425
(
6959
),
698
701
(
2003
).
37.
V.
Fatemi
,
M.
Kamenetska
,
J. B.
Neaton
, and
L.
Venkataraman
,
Nano Lett.
11
(
5
),
1988
1992
(
2011
).
38.
T.
Kim
,
P.
Darancet
,
J. R.
Widawsky
,
M.
Kotiuga
,
S. Y.
Quek
,
J. B.
Neaton
, and
L.
Venkataraman
,
Nano Lett.
14
(
2
),
794
798
(
2014
).
You do not currently have access to this content.