The combination of self-, directed, and positional assembly techniques, i.e., “bottom up” fabrication, will be essential for patterning and connecting future nanodevices. Systematic exploration of local intermolecular interactions on surfaces will permit their exploitation for the rational design of molecular-scale surface structures. We use the scanning tunneling microscope to probe the local behavior of self-assembled films at the nanometer scale. The ability to control the molecular placement within and by self-assembled monolayers is a means of patterning surfaces. A monolayer with customized features can be produced by manipulating the dynamics of film formation, which are heavily affected by the selectable intermolecular interactions of adsorbates and the structural components naturally occurring within the films. Additionally, the controlled placement and thickness of self-assembled multilayers created from alternating strata of α,ω-mercaptoalkanoic acids and coordinated metal ions can be developed to form precise “molecular ruler” resists and to assist in the formation of tailored, lithographically defined metal contacts.

1.
Y.
Xia
and
G. M.
Whitesides
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
37
,
550
(
1998
).
2.
J. Tien, Y. Xia, and G. M. Whitesides, in Thin Films, edited by A. Ulman (Academic, San Diego, 1998), Vol. 24, pp. 227–271.
3.
E.
Delamarche
,
M.
Geissler
,
H.
Wolf
, and
B.
Michel
,
J. Am. Chem. Soc.
124
,
3834
(
2002
).
4.
M.
Geissler
,
A.
Bernard
,
A.
Bietsch
,
H.
Schmid
,
B.
Michel
, and
E.
Delamarche
,
J. Am. Chem. Soc.
122
,
6303
(
2000
).
5.
S. H.
Hong
and
C. A.
Mirkin
,
Science
288
,
1808
(
2000
).
6.
S. H.
Hong
,
J.
Zhu
, and
C. A.
Mirkin
,
Science
286
,
523
(
1999
).
7.
R. D.
Piner
,
J.
Zhu
,
F.
Xu
,
S. H.
Hong
, and
C. A.
Mirkin
,
Science
283
,
661
(
1999
).
8.
S.
Friebel
,
J.
Aizenberg
,
S.
Abad
, and
P.
Wiltzius
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2406
(
2000
).
9.
J.
Aizenberg
,
A. J.
Black
, and
G. M.
Whitesides
,
Nature (London)
394
,
868
(
1998
).
10.
J.
Aizenberg
,
A. J.
Black
, and
G. M.
Whitesides
,
Nature (London)
398
,
495
(
1999
).
11.
G.-Y.
Liu
,
S.
Xu
, and
Y.
Qian
,
Acc. Chem. Res.
33
,
457
(
2000
).
12.
G. E.
Poirier
,
Chem. Rev.
97
,
1117
(
1997
).
13.
G. E.
Poirier
and
E. D.
Pylant
,
Science
272
,
1145
(
1996
).
14.
S. J.
Stranick
,
M. M.
Kamna
,
K. R.
Krom
,
A. N.
Parikh
,
D. L.
Allara
, and
P. S.
Weiss
,
J. Vac. Sci. Technol. B
12
,
2004
(
1994
).
15.
R. G.
Nuzzo
and
D. L.
Allara
,
J. Am. Chem. Soc.
105
,
4481
(
1983
).
16.
R. G.
Nuzzo
,
B. R.
Zegarski
, and
L. H.
Dubois
,
J. Am. Chem. Soc.
109
,
733
(
1987
).
17.
C. D.
Bain
,
E. B.
Troughton
,
Y.-T.
Tao
,
J.
Evall
,
G. M.
Whitesides
, and
R. G.
Nuzzo
,
J. Am. Chem. Soc.
111
,
321
(
1989
).
18.
N.
Camillone
,
P.
Eisenberger
,
T. Y. B.
Leung
,
P.
Schwartz
,
G.
Scoles
,
G. E.
Poirier
, and
M. J.
Tarlov
,
J. Chem. Phys.
101
,
11031
(
1994
).
19.
J. J.
Hickman
,
C. F.
Zou
,
D.
Ofer
,
P. D.
Harvey
,
M. S.
Wrighton
,
P. E.
Laibinis
,
C. D.
Bain
, and
G. M.
Whitesides
,
J. Am. Chem. Soc.
111
,
7271
(
1989
).
20.
C. W.
Sheen
,
J. X.
Shi
,
J.
Martensson
,
A. N.
Parikh
, and
D. L.
Allara
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
1515
(
1992
).
21.
Y.
Gu
,
Z.
Lin
,
R. A.
Butera
,
V. S.
Smentkowski
, and
D. H.
Waldeck
,
Langmuir
11
,
1849
(
1995
).
22.
C.
Yan
,
M.
Zharnikov
,
A.
Gölzhauser
, and
M.
Grunze
,
Langmuir
16
,
6208
(
2000
).
23.
D. L.
Allara
and
R. G.
Nuzzo
,
Langmuir
1
,
45
(
1985
).
24.
F.
Xu
,
J.
Zhu
, and
C. A.
Mirkin
,
Langmuir
16
,
2169
(
2000
).
25.
F.
Xu
,
K. M.
Chen
,
R. D.
Piner
,
C. A.
Mirkin
,
J. E.
Ritchie
, and
J. T.
McDevitt
,
Langmuir
14
,
6505
(
1998
).
26.
K. M.
Chen
,
F.
Xu
,
C. A.
Mirkin
,
R. K.
Lo
,
K. S.
Nanjundaswamy
,
J. P.
Zhou
, and
J. T.
McDevitt
,
Langmuir
12
,
2622
(
1996
).
27.
C. B.
Murray
,
C. R.
Kagan
, and
M. G.
Bawendi
,
Annu. Rev. Mater. Sci.
30
,
545
(
2000
).
28.
M. J.
Hostetler
,
J. E.
Wingate
,
C.-J.
Zhong
,
J. E.
Harris
,
R. W.
Vachet
,
M. D.
Clark
,
J. D.
Londono
,
S. J.
Green
,
J. J.
Stokes
,
G. D.
Wignall
,
G. L.
Glish
,
M. D.
Porter
,
N. D.
Evans
, and
R. W.
Murray
,
Langmuir
14
,
17
(
1998
).
29.
J. J.
Storhoff
and
C. A.
Mirkin
,
Chem. Rev.
99
,
1849
(
1999
).
30.
L. A.
Bumm
,
J. J.
Arnold
,
M. T.
Cygan
,
T. D.
Dunbar
,
T. P.
Burgin
,
L.
Jones
II
,
D. L.
Allara
,
J. M.
Tour
, and
P. S.
Weiss
,
Science
271
,
1705
(
1996
).
31.
L. A.
Bumm
,
J. J.
Arnold
,
L. F.
Charles
,
T. D.
Dunbar
,
D. L.
Allara
, and
P. S.
Weiss
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
8017
(
1999
).
32.
L. A.
Bumm
,
J. J.
Arnold
,
T. D.
Dunbar
,
D. L.
Allara
, and
P. S.
Weiss
,
J. Phys. Chem. B
103
,
8122
(
1999
).
33.
G. E.
Poirier
and
M. J.
Tarlov
,
Langmuir
10
,
2853
(
1994
).
34.
C.
Schönenberger
,
J.
Jorritsma
,
J. A. M.
Sondag-Huethorst
, and
L. G. J.
Fokkink
,
J. Phys. Chem.
99
,
3259
(
1995
).
35.
D.
Anselmetti
,
A.
Baratoff
,
H.-J.
Güntherodt
,
E.
Delamarche
,
B.
Michel
,
C.
Gerber
,
H.
Kang
,
H.
Wolf
, and
H.
Ringsdorf
,
Europhys. Lett.
27
,
365
(
1994
).
36.
P. A.
Lewis
,
Z. J.
Donhauser
,
B. A.
Mantooth
,
R. K.
Smith
,
L. A.
Bumm
,
K. F.
Kelly
, and
P. S.
Weiss
,
Nanotechnology
12
,
231
(
2001
).
37.
Z. J.
Donhauser
,
B. A.
Mantooth
,
K. F.
Kelly
,
L. A.
Bumm
,
J. D.
Monnell
,
J. J.
Stapleton
,
D. W.
Price
,
A. M.
Rawlett
,
D. L.
Allara
,
J. M.
Tour
, and
P. S.
Weiss
,
Science
292
,
2303
(
2001
).
38.
S. J.
Stranick
,
A. N.
Parikh
,
Y. T.
Tao
,
D. L.
Allara
, and
P. S.
Weiss
,
J. Phys. Chem.
98
,
7636
(
1994
).
39.
R. K.
Smith
,
S. M.
Reed
,
P. A.
Lewis
,
J. D.
Monnell
,
R. S.
Clegg
,
K. F.
Kelly
,
L. A.
Bumm
,
J. E.
Hutchison
, and
P. S.
Weiss
,
J. Phys. Chem. B
105
,
1119
(
2001
).
40.
P. A.
Lewis
,
R. K.
Smith
,
K. F.
Kelly
,
L. A.
Bumm
,
S. M.
Reed
,
R. S.
Clegg
,
J. D.
Gunderson
,
J. E.
Hutchison
, and
P. S.
Weiss
,
J. Phys. Chem. B
105
,
10630
(
2001
).
41.
P. E.
Laibinis
,
R. G.
Nuzzo
, and
G. M.
Whitesides
,
J. Phys. Chem.
96
,
5097
(
1992
).
42.
J. P.
Folkers
,
P. E.
Laibinis
,
G. M.
Whitesides
, and
J.
Deutch
,
J. Phys. Chem.
98
,
563
(
1994
).
43.
D.
Hobara
,
T.
Sasaki
,
S.-I.
Imabayashi
, and
T.
Kakiuchi
,
Langmuir
15
,
5073
(
1999
).
44.
S.-I.
Imabayashi
,
D.
Hobara
, and
T.
Kakiuchi
,
Langmuir
13
,
4502
(
1997
).
45.
M. T.
Cygan
,
T. D.
Dunbar
,
J. J.
Arnold
,
L. A.
Bumm
,
N. F.
Shedlock
,
T. P.
Burgin
,
L.
Jones
II
,
D. L.
Allara
,
J. M.
Tour
, and
P. S.
Weiss
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
2721
(
1998
).
46.
M.
Weck
,
J. J.
Jackiw
,
R. R.
Rossi
,
P. S.
Weiss
, and
R. H.
Grubbs
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
4088
(
1999
).
47.
M.
Weck
,
J. J.
Jackiw
,
P. S.
Weiss
, and
R. H.
Grubbs
,
Proc. Polym. Mater. Sci. Eng.
79
,
72
(
1998
).
48.
T.
Ishida
,
W.
Mizutani
,
N.
Choi
,
U.
Akiba
,
M.
Fujihira
, and
H.
Tokumoto
,
J. Phys. Chem. B
104
,
11680
(
2000
).
49.
Z. J. Donhauser, P. S. Weiss, D. W. Price, and J. M. Tour (in preparation).
50.
J. M.
Tour
,
L.
Jones
II
,
D. L.
Pearson
,
J. J. S.
Lamba
,
T. P.
Burgin
,
G. M.
Whitesides
,
D. L.
Allara
,
A. N.
Parikh
, and
S. V.
Atre
,
J. Am. Chem. Soc.
117
,
9529
(
1995
).
51.
J.
Chen
,
M. A.
Reed
,
C. L.
Asplund
,
A. M.
Cassell
,
M. L.
Myrick
,
A. M.
Rawlett
,
J. M.
Tour
, and
P. G.
van Patten
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
624
(
1999
).
52.
C.
Zhou
,
M. R.
Deshpande
,
M. A.
Reed
,
L.
Jones
II
, and
J. M.
Tour
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
611
(
1997
).
53.
J.
Chen
,
M. A.
Reed
,
A. M.
Rawlett
, and
J. M.
Tour
,
Science
286
,
1550
(
1999
).
54.
M. A.
Reed
,
J.
Chen
,
A. M.
Rawlett
,
D. W.
Price
, and
J. M.
Tour
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3735
(
2001
).
55.
H.
Park
,
A. K.
Lim
,
J.
Park
,
A. P.
Alivisatos
, and
P. L.
McEuen
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
301
(
1999
).
56.
M.
Austin
and
S. Y.
Chou
,
J. Vac. Sci. Technol. B
20
,
665
(
2002
).
57.
K.
Liu
,
Ph.
Avouris
,
J.
Bucchignano
,
R.
Martel
,
S.
Sun
, and
J.
Michl
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
865
(
2002
).
58.
A.
Hatzor
and
P. S.
Weiss
,
Science
291
,
1019
(
2001
).
59.
S. D.
Evans
,
A.
Ulman
,
K. E.
Goppert-Berarducci
, and
J. L.
Gerenser
,
J. Am. Chem. Soc.
113
,
5866
(
1991
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.