纳米器件的制备、表征及其应用

利用建立的常规光刻法的纳米加工工艺系统，研制碳纳米管晶体管，单电子晶体管和单电子晶体集成的纳米器件，研制出了90K的单电子晶体管，实现了两单电子晶体管的电容耦合集成，多个单电子晶体管的串联集成以及单电子晶体管与传统器件的集成。     

碳纳米管室温单电子器件的构建和特性测量

利用传统微加工与纳米组装技术构建出了金属颗粒调制的复合碳纳米管场效应及单电子器件，电子输运性能测量结果表明这类复合碳纳米器件具有一些不同于一般碳纳米单电子器件的独特性能，特别是可在室温下实现单电子特性。     

一种纳米硅薄膜的传导机制

基于对实验和理论的分析，提出一种异质结量子点隧穿（HQD）模型，并导出了纳米硅薄膜电导率完整的表达式．其主要思想是，纳米硅薄膜中的微晶粒（几个纳米大小）具有量子点特征，在微晶粒与界面之间由于两者能隙的差异构成晶间势垒，这类似于多晶硅中经常使用的晶间势垒模型（GBT）．考虑到量子点中的单电子隧穿特征，认为纳米硅薄膜中的电传导是由微晶粒中电子弹道式输运与单电子越过势垒的隧穿构成的．这就是HQD模型的主要内容，理论结果与实验相符 关键词：     

纳米粒子自组装体系I—V特性的波包演化模拟

对形成室温单电子现象的典型串联双隧道结构模型，利用含时薛定谔方程的求解，计算了其隧穿电流与偏压的关系，利用该方法对Au纳米粒子组装体系在室温下的I－V特性进行了计算机模拟，并将计算结果与实验进行了比较。     

单空位缺陷对石墨纳米带电子结构和输运性质的影响

基于第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了单空位缺陷对单层石墨纳米带(包括zigzag型和armchair型带)电子性质的影响.研究发现,单空位缺陷使石墨纳米带在费米面上出现一平直的缺陷态能带;单空位缺陷的引入使zigzag型半导体性的石墨纳米带变为金属性,这在能带工程中有重要的应用价值;奇数宽度的armchair型石墨纳米带表现出金属特性,有着很好的导电性能,同时,偶数宽度的armchair型石墨带虽有金属性的能带结构,但却有类似半导体的伏安特性;单空位缺陷使得奇数宽度的armchair石墨纳米带导电 关键词： 石墨纳米带 单空位缺陷 电子结构 输运性质     

激光-纳米丝靶相互作用过程中超热电子的加热机理研究

超热电子的产生及其转化效率是快点火中的重要研究内容，也是优化快点火中的激光等离子体参数、降低对点火脉冲能量需求等方面的重要依据．纳米丝靶是提高激光一超热电子转化效率的一种有效途径，为了进一步理解激光．纳米丝靶相互作用中超热电子的产生过程以及加热方式，本文应用二维PIC（Flips2D）程序进行了相关的数值模拟．通过研究电子在丝靶中的运动轨迹发现了远离互作用面的冷电子通过回流的方式向互作用面运动，然后在互作用面附近与激光场相互作用被加热；研究了单个激光周期内电子密度和电子能量密度的变化，确定了反向运动的电子的能量要远小于前向运动的电子能量，确定了反向运动的电子大部分是冷电子的回流；通过研究场与电子空间位置随时间变化的关系，确定了丝靶中超热电子的加热机理为J×B机理．     

介观LC电路中的量子隧道效应

考虑到电子在纳米电容器中的运动是一个单电子隧穿过程,因而将电容器作为一个隧道结,应用隧道模型的稳态法,研究了介观LC电路中的电流电压特性.结果表明:由于库仑力的作用,介观LC电路中存在着阈值电压.当外加电压小于阈值电压时,隧穿电流为零,显示出库仑阻塞现象;当外加电压远大于阈值电压时,隧穿电流与电压成正比. 关键词： 介观LC电路 库仑阻塞 单电子隧道过程     

B与N掺杂对单层石墨纳米带自旋极化输运的影响

通过第一性原理计算研究了具有锯齿状边沿并且具有反铁磁构型的单层石墨纳米带的自旋极化输运.研究发现,在中心散射区同一位置掺入单个B和N原子,尽管对整个体系磁矩的影响完全相同,但对两个自旋分量电流的影响却完全相反.掺B时,自旋向上的电流显著大于自旋向下的电流;而掺N时,自旋向下的电流显著大于自旋向上的电流.这是由于不管掺B还是掺N都将打破自旋简并,使得导带和价带中自旋向上的能级比自旋向下的能级更高.掺B引入空穴,使完全占据的价带变为部分占据,从而自旋向上的能级正好处于费米能级,使得电子透射能力更强、电流更大,而自旋向下的能级则离费米能级较远使电子透射的能力较弱.掺N则引入电子,使得原来全空的导带变为部分占据,从而费米能级穿过导带中自旋向下的能级,使得自旋向下的电子比自旋向上的电子透射能力更强. 关键词： 自旋极化输运 单层石墨纳米带 第一性原理 非平衡格林函数     

Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究

采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现，完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带，边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小，且缺陷浓度越大，能隙越小，并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果，将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪.     

倒置器件结构及局域等离子体效应对CdSe量子点LED发光性能的改进

研究了倒置器件结构以及CdSe量子点发光材料与金属纳米粒子之间的相互作用对量子点的电致发光性能的影响。利用TiO₂作为电子传输/注入层,成功地制备了倒置结构的量子点电致发光器件。通过对单载流子器件电压-电流特性的分析,证明了ITO作为阴极到TiO₂的电子注入特性与Al作为阴极时的效果几乎相同。观察到金属纳米粒子产生的局域等离子体效应提高了器件的效率,使得效率随电流增大而降低的速度明显减小。在电流密度为200 mA/cm²时,电致发光器件的效率大约提高了42%。     

外场对分子纳米结电流-电压特性的影响

针对由金属电极/分子/金属电极组成的分子纳米结,应用扩展主方程的方法,考虑分子纳米结中影响其传输过程的外场、分子内的弛豫过程等因素研究了在外场作用下分子纳米结内的稳定电流和瞬间电流.由于分子内较强的电子-振动耦合,分子纳米结中的电流-电压曲线呈现台阶式非弹性特征.在不同的高斯型脉冲的激发作用下,分子纳米结中电流需要达到稳定的时间也不相同,脉冲宽度在1ps时瞬间电流现象明显,这时分子处于非平衡分布,分子两端的电流存在较大差异.随着脉冲宽度和外场偏压的增加,分子两端的电流趋于平衡.     

纳米光学和生物单分子探测

纳米光学技术展示了纳米级探测本领，同时生物单分子探测所需要分辨尺度也是纳米数量级的，因此在生物单分子探测过程中，纳米光学发挥了巨大的作用．文章介绍了与生物单分子探测技术相关的纳米光学技术，包括量子近场光学探针技术、近场光学成像技术(包括扫描近场光学显微术及全内反射荧光显微术)和激光光钳测控技术及它们在生物单分子探测上的进展，从而在染色、成像、测控三个方面展示了纳米光学技术在生物方面的应用，并对其未来的发展方向进行了展望．     

Rashba自旋-轨道耦合调制的单层半导体纳米结构中电子的自旋极化效应

利用现代材料生长技术纳米厚的半导体可以沿着良好的方向有序生长,形成层状半导体纳米结构.在这种半导体纳米结构中由于结构反演对称性破缺出现较强的自旋-轨道耦合,能有效消除半导体中电子的自旋简并,导致电子自旋极化效应,在自旋电子学领域中具有重要的应用.本文从理论上研究了单层半导体纳米结构中由Rashba型自旋-轨道耦合引起的电子自旋极化效应.由于Rashba型自旋-轨道耦合,相当强的电子自旋极化效应出现在该单层半导体纳米结构中.自旋极化率与电子的能量和平面内波矢有关,尤其是其可通过外加电场或半导体层厚度进行调控.因此,该单层半导体纳米结构可作为半导体自旋电子器件应用中的可控电子自旋过滤器.     

纳米结构的制备及单电子器件研究

建立了单电子器件的制备工艺和单电子器件的分析、测量系统,研究了有潜在应用价值的纳米结构加工技术,制备了适合光电集成的多种纳米结构,发展了常规光刻法制备单电子器件的多种技术,其中,在生命科学和信息领域有着广泛应用的“纳米电极对”引起了国内外专家的重视,发展以“纳米电极对”为基础的单电子器件及其应用是我们目前的主要研究方向,目前我们正在探索这种单电子器件在生命芯片、微电子系统集成方面的应用。     

并二苯环纳米分子桥的电子传导特性

利用基于GreenFunction的Tight binding方法,对由平面苯分子环耦合成的二端子纳米分子桥进行了理论计算和数值模拟,得出了入射电子通过纳米分子桥传输到不对称端点的电子传输概率,揭示出传导电子与分子轨道共振时传输峰值的出现和电子传输振荡的物理机制.利用Fisher Lee关系式和电子流密度理论,在传输概率出现峰值的四个能量点E=±0.68和E=±1.38处计算了分子桥内的电子流分布,给出了这些能量点处环电流生成的物理解释和键电流的最大值,并且给出了分子内电流分布的图形模拟结果.     

不对称菁染料敏化纳米TiO2的光生电流过程

用光电化学方法研究了不对称菁类染料敏化TiO2 纳米结构电极的光电转换过程 .结果表明 ,该染料的电子激发态能级位置与TiO2 纳米粒子导带边位置匹配较好 ,光激发染料后 ,其激发态电子可以注入到TiO2 纳米多孔膜的导带 ,从而使TiO2 纳米结构电极的吸收光谱和光电流谱红移至可见光区 ,其IPCE(Incidentphoton to electronconversionefficiency)值最高可达 84.3 % .并进一步结合现场紫外 可见吸收光谱研究了外加电势对激发态染料往TiO2 纳米多孔膜注入电子过程的影响     

单锥形纳米孔的制备和离子传导特性研究

用荷能重离子径迹刻蚀的方法在高分子多聚物膜 (PET) 上制备出单锥形纳米孔. 刻蚀过程通过监测跨膜电流来控制, 最大刻蚀电流I_max不同, 得到的锥形孔小孔孔径也不同. 研究单锥形纳米孔在KCl 溶液中的I-V曲线发现, 单锥形纳米孔的离子传导呈现出不对称特性, 该现象称为整流效应, 整流系数γ大小随纳米小孔孔径大小和电解质溶液浓度而变化. 关键词： 径迹刻蚀 纳米孔 离子传导 整流系数     

四端纳米分子桥的量子传输特征

利用基于Greenfunction的Tight-binding方法，对由平面共轭分子连结而成的有四个端子的纳米分子桥进行了理论研究和数值模拟，得出了入射电子通过纳米分子桥传输到各个端点的电子透射概率.利用Fisher-Lee关系式和电子流密度理论，在透射概率出现峰值的四个能量点E=±12,E=±149处计算了分子桥内的电子流分布.不仅得出了键电子流的最大值，而且揭示了分子内环路电子流生成和存在是由于分子轨道波函数的位相差使电子流的大小和方向发生变化而引起的. 关键词： 纳米分子桥 量子传输 电子透射概率 环路电子流     

从电动力学到量子电动力学：纳米光电子器件

纳米尺度下的光电器件的研制与米、毫米、微米尺度下电子器件或光学器件的研制在基本原理与制造技术上有本质的不同。必须采用量子电动力学和介观物理作为基本原理。在量子电动力学中,光子与电子可以相互转化,光子也可以储存在“空腔”中。光一电转换或光一电一光的转换甚至可以在远小于一个光波的尺度内实现（如100nm以下）。基于大量最新现象发现的启示与推动,产生了一种全新的光予技术：纳米光子技术。在这种全新的纳光子技术中,人们将光子电子的输运与转化联合起来进行考虑,非线性光学获得了长足的发展。微电子技术和概念被大量地推广应用于纳光子技术开发。创新型元件如集成激光器、30dB光放大器、效率为30％的1．55μm滤波器等层出不穷地涌现。纳米技术的研发为信息储存、输运和处理开辟了新的天地。进入21世纪,纳米光子技术研究日新月异。在摩尔经验规律的指导下,不断发展的微电子工业的制造精度已进入100nm领域。大规模应用纳米电子、纳米光子技术的时代已经来临。一些新型的光通讯线路已开始应用纳米光子器件。对公众而言,用于照明的LED只是一个应用实例。报告将结合法国国家纳米研究平台的研发成果来阐述纳米光子学的原理和纳米光子器件发展的趋势。     

纳米粒子的电容

纳米粒子的电容对由纳米点陈列所形成的单电子器件是一个十分重要的参数。基于少体理论，提出了计算纳米粒子量子点充电电容的理论模型，由此可以预测出室温下出现库仑台阶等单电子现象的最大纳米粒子粒径。采用简谐势模型计算模拟了ＣｄＳ、ＰｂＳ半导体纳米粒子的充电电容，发现ＣｄＳ、ＰｂＳ纳米粒子的尺寸上限为１１与５ｎｍ。理论计算结果与实验相吻合。