碳纳米管透明导电薄膜的可控制备

碳纳米管具有优秀的导电性能、 透光性能和十分突出的柔性, 在柔性透明导电薄膜中有着良好的应用前景. 如何制备同时拥有良好导电性能和透光性能的碳纳米管薄膜是这一领域研究的核心问题. 本综述介绍了碳纳米管薄膜的制备方法, 并重点讨论了基于漂浮催化剂化学气相沉积法的碳纳米管薄膜的可控制备. 在生长过程中限制碳纳米管的团聚、 增加碳纳米管的长度、 降低杂质的含量是提高碳纳米管薄膜性能的主要策略.     

微纳器件热传导中的基础物理问题

纳米功能器件中的温度控制已经成为世界各国迫切需要解决的关键技术.在文章中,作者简单回顾了纳米器件发展的历程和现状;以碳纳米管和石墨烯为例,重点介绍了纳米尺度热传导研究中的一些基础物理问题,以及近年来该领域中一些热点研究方向和新奇物理效应.同时,还讨论了影响纳米材料热传导性质的主要物理机制.研究这些系统本身的热传导特性,不仅对于深入理解纳米尺度能量输运的基本物理原理具有重要意义,而且与微纳电子器件的未来发展密切相关,具有广阔深远的应用前景.     

Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究

采用共沉淀方法制备了名义组分为Zn_1-xMn_xO(x=0.001,0.005,0.007,0.01)的Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化.结果表明：样品在600℃的大气条件下退火后, 仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当样品经过800℃退火后,Mn掺杂量为0.007,0.01的样品中除了ZnO纤锌矿结构外还观察到ZnMnO₃第二相的存在.磁性测量表明,大气条件下600℃退火后的样品,呈现出室温铁磁性;而800℃退火后的样品,其室温铁磁性显著减弱,并表现为明显的顺磁性.结合对样品的光致发光谱的分析,认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn离子对ZnO中的Zn离子的替代形成的. 关键词： ZnO 掺杂 稀磁半导体 铁磁性     

整齐排列的氧化锌纳米针阵列的场发射性能

采用简单的热蒸发方法,不使用任何催化剂,在硅基底上制备出了两种垂直于基底、整齐排列的氧化锌纳米针阵列.它们具有均匀的分布以及一致的取向和高度.场发射性能研究表明它们同时具有较低的开启和阈值场强,稳定的发射电流和长时间维持发射的能力.较低的开启和阈值场强来源于它们较高的长径比和较细的尖端;稳定发射电流和长时间维持发射的能力来源于它们在基底上均匀一致的分布以及由于较粗的根部带来的与基底的良好接触.实验结果表明整齐的氧化锌针状纳米结构阵列是一种理想的平面场发射材料. 关键词： 氧化锌 热蒸发 阵列场发射 屏蔽效应     

基于第一性原理量子输运模拟的并行计算

为了解决基于第一性原理分析计算大尺度量子输运体系时遇到的耗时长久问题,挖掘密度泛函理论与非平衡格林函数相结合方法(DFT+NEGF方法)在自洽迭代过程中的计算热点,就计算电子密度矩阵时的能量点积分和计算格林函数时的矩阵求逆/乘法运算提出MPI/Open MP并行计算方案.能量点积分采用MPI多进程并行方案,在数据初始化时需要将稀疏矩阵和积分能量点依照轮询调度算法分配给各进程.矩阵求逆/乘法的并行化既可调用ScaLAPACK子程序实现又可调用IntelMKL数学库中的OpenMP多线程加速函数实现.由于不同能量点计算的独立性,能量点积分采用的MPI并行计算获得近乎线性的加速比曲线.由于Open MP多线程并行采用的是基于共享内存的数据交换机制以及线程间切换通信开销小,矩阵求逆/乘法运算的OpenMP并行实现在计算效率上要优于而在程序的可扩展性上要劣于MPI多进程并行实现.     

铜-真空-铜金属隧道结转变电压的理论研究

利用非平衡格林函数与密度泛函理论相结合方法研究了电极表面具有原子级突起的铜-真空-铜隧道结的转变电压.计算结果表明,铜电极真空隧道结的转变电压主要决定于电极表面尖端铜原子4p轨道的局域态密度,因而对电极取向和表面局域原子构型非常敏感.对于电极取向沿(111)方向的铜电极真空隧道结,当电极表面原子级突起取为铜吸附原子和金字塔型铜纳米粒子两种构型时,转变电压的计算值分别约为1.40和2.40 V.当电极取向沿(100)方向时,电极表面原子级突起分别为铜吸附原子和金字塔型铜纳米粒子两种构型的铜电极真空隧道结,其转变电压的差异更为显著.具体而言,电极表面有一金字塔型铜纳米粒子的铜电极真空隧道结的转变电压值减小至1.70 V,而电极表面原子级突起为铜吸附原子的铜电极真空隧道结却因铜吸附原子4p轨道的局域态密度过于扩展,即使在偏压超过1.80 V时仍然没有出现转变电压.这些结果表明转变电压谱可用作分析金属电极真空隧道结电子输运特性的有力工具.     

单根砷掺杂氧化锌纳米线场效应晶体管的电学及光学特性

采用化学气相沉积（CVD）的方法在砷化镓基底上合成直径为20 nm左右、长约数十微米的氧化锌纳米线,然后采用热扩散的方法,将生长于砷化镓基底之上的氧化锌纳米线通过600 ℃,30 min的有氧退火处理后,获得了砷掺杂的氧化锌纳米线.将获得的掺杂后的氧化锌纳米线采用电子束曝光以及真空溅射镀膜的方法将钛/金合金作为接触电极引出,从而构建成场效应晶体管.文中研究了单根氧化锌纳米线砷掺杂前后的电学特性,证实了通过砷掺杂来获得p型的氧化锌纳米线的可行性.构建的p型砷掺杂氧化锌场效应晶体管的跨导为35 nA/V,载流 关键词： p型ZnO纳米线 砷掺杂 场效应晶体管 光致发光     

三维拓扑绝缘体antidot阵列结构中的磁致输运研究

利用聚焦离子束刻蚀技术在拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜中刻蚀了纳米尺度的反点(antidot)阵列,并对制作的三个器件进行了系统的电学输运测量研究.低温下,所有器件中都观察到明显的弱反局域化效应.通过对弱反局域化效应的分析,发现器件一(Dev-1,不含有antidot阵列)和器件二(Dev-2,含有周期较大的antidot阵列)是始终由一个导电通道主导的量子输运系统,但在器件三(Dev-3,含有周期较小的antidot阵列)中能明确观察到较低温度下存在两个独立的导电通道,而在较高温度下Dev-3表现为由一个导电通道主导的量子输运系统.     

Ag(111)表面Ag配位结构的分等级组装

表面辅助的金属有机纳米结构因其结构稳定性和潜在应用受到广泛关注。在金属有机纳米结构中,金属原子来源于外部沉积的金属或金属表面原子。外部沉积的金属原子种类多样,取决于目标纳米结构。然而,金属表面原子受限于表面科学常用的金、银和铜单晶金属表面。金属有机纳米结构大多包括Au配位或是Cu配位结构,而只有少量的用表面Ag原子构成。分子金属相互作用的进一步研究有助于预期纳米结构的精确控制形成。至于构建基元,有机分子通过M―C、M―N和M―O键与表面金属原子配位。末端炔反应或者乌尔曼耦合能够实现C―M―C节点的形成。Cu和Au原子能够与含有末端氰基或吡啶基官能团的分子配位形成N―M―N键。另外,表面Ag增原子能够通过Ag―N配位键与酞菁分子配位。然而,M―O配位键的相关研究较少。因此,我们计划使用末端羟基分子与Ag增原子配位形成金属有机配位纳米结构去研究O―Ag节点。我们通过扫描隧道显微镜利用4, 4’-二羟基-1, 1’: 3’, 1’’-三联苯分子(4, 4’-dihydroxy-1, 1’: 3’, 1’’-terphenyl,H3PH)和Ag增原子成功构筑了一系列二维有序纳米结构。在室温下,蒸镀的H3PH分子自组装形成由环氢键连接的密堆积结构。当退火温度提升到330 K,一种新的纳米结构出现了,该结构由O―Ag配位键和氢键共同作用形成。进一步地提升退火温度至420 K,蜂巢结构和共存的二重配位链出现,这两种结构中仅由O―Ag―O键构成。为分析金属分子反应路径和O―Ag―O键的能量势垒,我们对该体系进行密度泛函理论计算。计算结果显示,O―Ag键形成的能量势垒是1.41 eV,小于O―Ag―O节点1.85 eV的能量势垒。这也解释了分等级金属-有机纳米结构形成的原因。我们的实验结果提供了一种利用有机小分子和金属增原子来设计和构筑分等级二维纳米结构的有效方法。     

后摩尔时代的碳基电子技术:进展、应用与挑战

近六十年来,以硅为核心材料的半导体技术,特别是CMOS集成电路技术推动了人类信息社会的深刻变革,但也逐渐接近其物理极限和工程极限,全球半导体产业已经进入后摩尔时代.半导体性碳纳米管具有高迁移率、超薄体等诸多优异的电学特性,因此成为后摩尔时代新型半导体材料的有力候选.基于碳纳米管的碳基电子技术历经二十余年发展,在材料制备、器件物理和晶体管制备等基础性问题中也已经取得了根本性突破,其产业化进程从原理上看已经没有不可逾越的障碍.因此,本文着重介绍了碳基电子技术在后摩尔时代的本征优势,综述了碳基电子技术的基础性问题、进展和下一步的优化方向,及其在数字集成电路、射频电子、传感器、三维集成和特种芯片等领域的应用前景.最后,本文还分析了碳基电子技术产业化进程中的综合性挑战,并对其未来发展做出预测和展望.