机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质

本文用原子力显微镜研究了空气和氮气两种不同气氛环境下的机械剥离石墨烯粘附力,发现氮气环境下的粘附力更小,且石墨烯边缘的粘附力比内部区域大.在氮气环境下探究了折叠石墨烯粘附力与层数的关系及其摩擦性能,结果表明粘附力与折叠石墨烯层数无明显关系,折叠石墨烯各区域的摩擦性能都远超二氧化硅基底,且单层、单层上折叠、双层以及双层上折叠区域的摩擦系数依次降低,分别为0.049,0.031,0.023和0.021,摩擦力也依次降低,折叠处由于层与层之间的结合力弱于相同层数的石墨烯,摩擦性能有所降低,但未发现粘附力与摩擦力之间的明显关系.在采用尖针和球针测量粘附力时,测量历史不会对后续粘附力产生明显影响.对空气环境下出现的新鲜折叠石墨烯的研究表明新鲜折叠石墨烯的折叠区域摩擦力较未折叠区域显著增大.     

石墨烯-六方氮化硼面内异质结构的扫描隧道显微学研究

石墨烯-六方氮化硼面内异质结构因可调控石墨烯的能带结构而受到广泛关注. 本文介绍了在超高真空体系内, 利用两步生长法在两类对石墨烯分别有强和弱电子掺杂的基底, 即Rh(111)和Ir(111)上制备石墨烯-六方氮化硼单原子层异质结构. 通过扫描隧道显微镜及扫描隧道谱对这两种材料的形貌和电子结构进行研究发现: 石墨烯和六方氮化硼倾向于拼接生长形成单层的异质结构, 而非形成各自分立的畴区; 在拼接边界处, 石墨烯和六方氮化硼原子结构连续无缺陷; 拼接边界多为锯齿形型, 该实验结果与密度泛函理论计算结果相符合; 拼接界面处的石墨烯和六方氮化硼分别具有各自本征的电子结构, 六方氮化硼对石墨烯未产生电子掺杂效应.     

功能纳米结构的组装和物性调控

功能纳米结构的组装与物性调控是纳米电子器件前沿基础研究领域的重要问题.本文对我们实验室在纳米自组装结构和物性调控方面的主要研究进展进行介绍.对扫描隧道显微镜（STM）的成像机制和针尖功能化问题进行了研究和探讨.选用不同的策略和方法来实现功能分子在金属单晶基底上的可控自组装,形成各种自组装有序结构,通过磁性分子吸附构型的改变来实现对金属表面上单分子自旋态的量子调控.     

石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究

石墨烯在未来微电子学领域有极大的应用前景,但是其零带隙的特点阻碍了石墨烯在半导体领域的应用.研究发现,打开室温下可用的石墨烯带隙所需要的石墨烯纳米结构尺度在10 nm以下,这一尺度的纳米结构一方面制备比较困难,另一方面器件可承载的驱动电流较小.因此,如何实现亚10 nm石墨烯纳米结构的有效加工以及如何在有效调控带隙的基础上增大石墨烯器件可承载的驱动电流,还需要进一步的研究.本文首先研究了利用聚甲基丙烯酸甲酯/铬(PMMA/Cr)双层结构工艺,通过刻蚀时间的控制,利用电子束曝光及刻蚀工艺实现了亚10 nm石墨烯纳米结构的可控制备.同时设计并制备了单排孔石墨烯条带结构,该结构打开的带隙远大于相同特征宽度石墨烯纳米带所能打开带隙的大小.该结构在有效打开石墨烯带隙的同时,增加了石墨烯纳米结构可以承载的驱动电流,有利于石墨烯在未来微电子领域的应用.     

一维石墨烯超晶格上的氢吸附

通过化学气相沉积法在一种典型的高指数面铜(410)-氧上制备出了一维石墨烯超晶格,并利用拉曼光谱(Raman)、低能电子衍射(LEED)、扫描隧道显微术(STM)等方法研究了氢原子在该超晶格上的吸附.实验结果揭示了由于超晶格的调制作用所引起的无缺陷石墨烯区域的选择性吸附,氢原子优先吸附在石墨烯超晶格一维周期中的相同部位.这一发现为进一步通过一维超晶格调控石墨烯的性质提供了更多可能.在石墨烯上的吸附氢原子除了单个或成对存在之外,实验还首次观察到一种新的三氢原子位型.     

金属衬底上高质量大面积石墨烯的插层及其机制

石墨烯作为一种新型二维材料,因其优异的性质,在科学和应用领域具有非常重要的意义.而其超高的载流子迁移率、室温量子霍尔效应等,使其在信息器件领域备受关注.如何获得高质量并且与当代硅基工艺兼容的石墨烯功能器件,是未来将石墨烯应用于电子学领域的关键.近年来,研究人员发展了一种在外延石墨烯和金属衬底之间实现硅插层的技术,将金属表面外延石墨烯高质量、大面积的特点与当代硅基工艺结合起来,实现了无需转移且无损地将高质量石墨烯置于半导体之上.通过系统的实验研究并结合理论计算,揭示了插层过程包含四个主要阶段:诱导产生缺陷、异质原子插层、石墨烯自我修复和异质原子扩散成膜,并证实了这一插层机制的普适性.拉曼和角分辨光电子能谱实验结果表明,插层后的石墨烯恢复了本征特性,接近自由状态.此外,还实现了多种单质元素的插层.不同种类的原子形成不同的插层结构,从而构成了多种石墨烯/插层异质结.这为调控石墨烯的性质提供了实验基础,也展现了该插层技术的普适性.     

Single atomic manipulation and writing with scanning tunnelling microscopy at low temperatures

In the work reported in this paper,we have used a low-temperature scanning tunnelling microscope (LT-STM) system to manipulate accurately single atoms.We show how we can use a LT-STM to image and modify a bulk Ag(111) surface and manipulate Ag atoms from substrate and evaporated adsorbates on Ag(111) substrates.We present a synergistic combination of SM-induced modification and ordered arrays of nanometre-scale structures.In particular,we demonstrate the ability to modify Ag atomic nanometre structures on the Ag(111) substrate,and some English letters and a Chinese character can be written by single Ag atoms coming from the substrate and evaporated adsorbates on Ag(111),In this way ,we supply an effective basis to explore the fundamental physical properties of a nanometre structure and to develop nanotechnology with a bottom-up approach,     

石墨烯纳米带电子结构的紧束缚法研究

在推导出的一般复式格子的π电子紧束缚能量色散关系的基础上,通过假定石墨烯纳米带的电子横向限制势为无穷大硬壁势,导出石墨烯纳米带的能量色散关系及石墨烯纳米带或为金属或为半导体的条件.结果表明：石墨烯纳米带的电子结构与其几何构型（对称性及宽度）密切相关,所以通过控制几何构型,可将其调制成金属或不同带隙的半导体.这意味着石墨烯纳米带对于发展新型纳米器件具有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 复式格子 紧束缚模型 电子结构     

有机纳米信息存储中的结构转变

采用真空热蒸发方法制备了有机单体薄膜对硝基苯腈p-nitrobenzonitrile(PNBN).利用扫描隧道显微镜(STM)在PNBN薄膜上进行信息记录点的写入,通过在STM针尖和高定向裂解石墨(HOPG)之间施加电压脉冲,直接观察到了信息记录点写入前后薄膜发生的局域结构转变.信息记录点的写入机制主要是这种纳米范围结构变化所导致的薄膜由高阻态向低阻态转变,高阻态对应0,低阻态对应1. 关键词： p-nitrobenzonitrile(PNBN) 扫描隧道显微镜(STM) 结构转变     

碳化硅衬底上外延双层石墨烯的电输运性质

石墨烯是低维材料领域研究的热点,在这一体系中研究发现了诸多新奇的量子现象,深入理解石墨烯的电输运性质对于其在未来电子学器件中的应用具有重要的意义.本文通过热分解的方法在SiC单晶衬底上获得外延的双层石墨烯,并系统研究了其电输运性质.在小磁场范围内观测到弱局域化效应,并在较大的磁场区间发现了不饱和线性磁阻.通过角度依赖的磁阻测量,发现该线性磁阻现象符合二维体系的磁输运特征.还在平行场下观测到了负磁阻效应,可能是由双层石墨烯的转角莫尔条纹导致的局部晶格起伏导致的.本文工作加深了对于外延生长的层间具有一定转角的双层石墨烯的电输运性质的认识.     

扫描隧道显微镜纳米云纹法的实验研究

提出了应用扫描隧道显微镜(STM)纳米云纹法测量面内位移的原理。测量中,把扫描隧道显微镜的探针扫描线作为参考栅,把物质原子晶格栅结构作为试件栅,对这两组栅线干涉形成的云纹进行了纳米级变形测量。对扫描隧道显微镜纳米云纹的形成原理及测量方法进行了详尽的讨论,并运用该方法对高定向裂解石墨(HOPG)的纳米级变形虚应变进行了测量研究,得到了随扫描范围变化的虚应变场,并与理论值进行了比较。     

石墨烯纳米带能带结构及透射特性的扭曲效应

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了石墨烯纳米带(GNRs)电学性质的扭曲效应. 结果表明: 锯齿型石墨纳米带(ZGNRs)的带隙对扭曲形变最不敏感, 在扭曲过程中几乎保持金属性不变, 其次是W=3p-1型扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs), 扭曲时带隙也只有较小的变化. W=3p+1型AGNRs的带隙对扭曲最为敏感, 扭曲发生时, 呈现宽带隙半导体、中等带隙半导体、准金属、金属的变化, 其次是W=3p型AGNRs, 扭曲时带隙变化也较为明显. 换言之, GNRs在无扭曲时带隙越大, 扭曲发生后带隙变化(变小)越明显. 对于整个电子结构及透射系数来说, 扭曲对AGNRs影响较大, 而对ZGNRs的影响相对小些. 研究表明: 由于石墨烯容易变形, 其相关电子器件的设计必须适当考虑扭曲对电学性质的影响.     

X射线干涉仪实现扫描控针显微镜样板线间距纳米测量

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位,可以实现亚纳米精度的微位移测量。提出了将X射线干涉仪和扫描隧道显微镜结合起来,利用单晶硅的晶格尺度测量扫描探针显微镜样板节距的技术方案,并进行了实验研究。     

类石墨烯锗烯研究进展

近年来,伴随石墨烯研究的深入开展,考虑到兼容半导体工业,构筑类石墨烯锗烯并探究其奇特电学性质已成为凝聚态物理领域的研究前沿.本文首先简要介绍了锗烯这一全新二维体系的理论研究进展,包括锗烯的几何结构、电子结构及其调控以及它们之间的关系.理论研究表明,因最近邻原子间距大,锗烯比硅烯更难构筑,实验上构筑锗烯颇具挑战性.针对这一问题,介绍了实验上制备锗烯的一些进展,重点介绍了金属表面外延制备锗烯,并对本征锗烯的制备及其在未来纳电子学器件的潜在应用做出了展望.     

多孔石墨烯纳米片电学性质的研究

采用紧束缚近似方法,研究了三角形锯齿型石墨烯纳米片(Triangular zigzag graphene nanosheets, TZGN)的电子结构.研究表明单孔TZGN结构的零能级都是外边缘态,跟孔的大小没有关系.多孔TZGN结构受孔间结构的影响,零能级会随着孔数目的增加逐渐出现内外边缘耦合态,导带和价带能级个数也会随着孔的大小和孔的数量的增加而减少.研究结果拓宽了石墨烯纳米结构在纳机电器件方面的应用.     

用扫描隧道显微镜研究肿瘤细胞膜表面的纳米结构

用扫描隧道显微镜技术研究肿瘤细胞膜的超分子结构以及外加纵向电磁场对其超分子结构的作用.结果表明,在扫描隧道显微镜照片中,肿瘤细胞膜表面纳米结构的图象由环形波纹构成.在外加纵向电磁场的作用下,肿瘤细胞膜的表面环形波纹结构消失,出现了一些损伤的痕迹.这可能是在电磁场作用下肿瘤细胞膜表面带电离子的运动受洛仑兹力以及感应电流的综合影响所致.     

羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带的电子结构

利用密度泛函理论,计算了羟基饱和锯齿型石墨烯纳米带(OH-ZGNRs)的相对稳定性和外加横向电场对其电子结构的影响.计算结果表明:OH-ZGNRs比氢饱和ZGNRs(H-ZGNRs)更为稳定,具有窄带隙自旋极化基态.此外,在外加横向电场作用下,OH-ZGNRs可实现半导体到半金属相转变. 关键词： 石墨烯纳米带 密度泛函理论 电场     

外加横向电场作用下石墨烯纳米带电子结构的密度泛函紧束缚计算

采用基于密度泛函理论的紧束缚方法计算研究了外加横向电场对边缘未加氢/加氢钝化的扶手椅型石墨烯纳米带的电子结构及电子布居数的影响.计算结果表明,石墨烯纳米带的能隙变化受其宽带影响.当施加沿其宽度方向的横向外加电场时,纳米带的能带结构及态密度都会产生较大的变化.对于具有半导体性的边缘未加氢纳米带,随着所施加电场强度的增加,...     

纳米科学技术——面向二十一世纪的新科技

介绍了一门崭新的面向二十一世纪的新科技——纳米科学技术,它的发展历史、现状与展望,它在电子学、材料科学、生物学、工程学和机械学方面的应用,也讨论了与其相关的科学技术.对今后的研究方向提出若干建议. The brand—new science and technology facing the 21st century——Nanometer scalescience and technology is introduced.It s history of development、current situation and prospect arementioned.It s application on electronics、material science、biology、engineering and mechanics is dis-cussed.The related science and technology is also discussed.Some suggestions for the future study areraised.