拓扑绝缘体二维纳米结构与器件

拓扑绝缘体是一种全新的量子功能材料, 具有绝缘性体能带结构和受时间反演对称性保护的自旋分辨的金属表面态, 属于Dirac 粒子系统, 将在新原理纳电子器件、自旋器件、量子计算、表面催化和清洁能源等方面有广泛的应用前景. 理论和实验相继证实Sb₂Te₃, Bi₂Se₃和Bi₂Te₃单晶具有较大的体能隙和单一Dirac 锥表面态, 已经迅速成为了拓扑绝缘体研究中的热点材料. 然而, 利用传统的高温烧结法所制成的拓扑绝缘体单晶块体样品常存在大量本征缺陷并被严重掺杂, 拓扑表面态的新奇性质很容易被体载流子掩盖. 拓扑绝缘体二维纳米结构具有超高比表面积和能带结构的可调控性, 能显著降低体态载流子的比例和凸显拓扑表面态, 并易于制备高结晶质量的单晶样品, 各种低维异质结构以及平面器件. 近年来, 我们一直致力于发展拓扑绝缘体二维纳米结构的控制生长方法和物性研究. 我们发展了拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延方法, 实现了高质量大比表面积的拓扑绝缘体二维纳米结构的可控制备, 并实现了定点与定向的表面生长. 开展拓扑绝缘体二维纳米结构的谱学研究, 利用角分辨光电子能谱直接观察到拓扑绝缘体狄拉克锥形的表面电子能带结构, 发现了拉曼强度与位移随层数的依赖关系. 设计并构建拓扑绝缘体纳米结构器件, 系统研究其新奇物性, 观测到拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面态的Aharonov-Bohm (AB)量子干涉效应等新奇量子现象, 通过栅电压实现了拓扑绝缘体纳米薄片化学势的调控, 并将拓扑绝缘体纳米结构应用于柔性透明导电薄膜. 本文首先简单介绍拓扑绝缘体的发展现状, 然后系统介绍我们开展的拓扑绝缘体二维纳米结构的范德华外延生长、谱学、电学输运特性以及透明柔性导电薄膜应用的研究, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行简要的展望.     

石墨烯: 一个持续十年的传奇故事

刘忠范. 石墨烯: 一个持续十年的传奇故事[J]. 化学学报, 2014, 72(3): 267-268.     

同分异构的胶体硫化镉半导体幻数团簇的可逆转化

<正>半导体量子点作为准零维材料,由于其量子尺寸效应和优良的光电性质,在新一代照明、显示、新能源(如太阳能电池)和生物医学等应用方面都得到了极大的关注1–4。人们通常认为,由于量子限域效应,量子点的尺寸是调节其光学性质的重要参数—不同尺寸的量子点具有不同的禁带吸收及荧光等光学性质。     

全小分子非富勒烯有机太阳电池效率突破10%

正有机太阳电池由p-型有机半导体(p-OS)给体和富勒烯衍生物或n-型有机半导体(n-OS)受体共混活性层夹在透明导电电极和金属电极之间所组成,具有结构简单、重量轻、成本低以及可采用溶液加工方法制备成柔性和半透明器件等优点,成为了近年来新能源研究领域的研究热点。将传统     

分子筛限域碳点实现超长寿命热活化延迟荧光

正热活化延迟荧光(TADF)材料由于其较小的单重态-三重态能级差(ΔEST),三重态可通过反系间窜跃转向单重态而发出延迟荧光,从而获得潜在的高荧光量子效率。这类材料独特的发光性能使其在光电器件、生物成像、传感等应用方面展现出优势~(1,2)。但目前报道的TADF材料主要集中于纯有机材料和有机金属络合物,其延迟荧光寿命     

银岛膜上偶氮苯单层膜的表面增强红外及表面增强拉曼光谱研究

银岛膜上偶氮苯单层膜的表面增强红外及表面增强拉曼光谱研究张锦赵江ａ于化忠ａ何会新ａ张浩力朱涛ａ力虎林刘忠范ａ（兰州大学化学系兰州７３００００）（ａ北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心（ＣＩＭＲ）北京１００８７１）ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｎｖｅｓ...     

金纳米粒子组装体系SERS化学增强的研究

Gold nanoparticles were assembled on gold substrates with the self-assembled monolayer(SAM) of p-minothiophenol(PATP). AFM measurements disclose that gold nanoparticles are scattered over the surface of the substrate with a submonolayer coverage. The Raman signal of the coupling layer, the SAM of PATP, can be well observed. Potential-dependent measurements were performed to study the chemical enhancement in SERS of such a system. Based on the supposition that the direction of charge transfer is from gold nanoparticles to PATP, it is deduced that Herzberg-Teller contribution has ruled in the SERS of such a system.     

晶种法合成金溶胶过程中非球形粒子的抑制

羟胺晶种法制备金纳米粒子时会观察到少量的非球形粒子副产物.研究发现,反应试剂的比例以及试剂的加样顺序对非球形粒子的产生具有明显的影响.羟胺与金氯酸的摩尔比例([NH2OH]:[HAuCl4])较高时能够抑制非球形粒子的生成,较低时则生成较多的非球形粒子.不同的加样顺序使得加样过程中[NH2OH]:[HAuCl4]不同,也可以导致产物中非球形粒子含量的差异.基于以上发现,采用较大的NH2OH用量以维持反应过程中的[NH2OH]:[HAuCl4]比例在10～30左右,并采用适当的加样顺序(先将晶种同NH2OH混合,再加HAuCl4),从14 nm的晶种出发以逐步(step-by-step)的方式依次合成了平均粒径为26、57、81和130 nm的金纳米粒子,产物中基本不含非球形粒子,粒径可控，并具有良好的单分散性(RSD为～10％).     

针尖化学方法研究单壁碳纳米管末端羧基的解离性质

针尖化学利用化学手段对扫描探针显微镜 ( SPM)的针尖进行功能化修饰 ,将其作为化学反应的“探针”用于研究表面的局域化学反应性质、跟踪表面发生的化学反应过程等 [1] .用针尖化学技术来研究自组装膜 ( SAMs)表面酸碱基团的局域解离性质 ,称之为化学力滴定 [2～ 8] .利用表面缩合方法将单壁碳纳米管短管组装到 AFM针尖上 ,通过测定针尖上碳纳米管的末端基团与羟基自组装膜表面之间的粘滞力 ,研究碳纳米管末端羧基的解离性质 ,可得到碳纳米管结构与化学性质的信息 .1　实验部分1 .1　碳纳米管针尖和羟基末端自组装膜的制备　基底 [Si( …     

化学力显微镜对自组装单分子膜的力滴定研究

The concept of force titration was firstly proposed based on the technique of Chemical Force Microscopy (CFM). Self-Assembled Monolayer (SAM) on substrate surface can be titrated with buffer solutions at a nanometer scale by measuring the adhesion force between the SAM-modified substrate and probe tip. The plot of adhesion force vs pH value was termed as force titration curve. As an example, the titration behavior of w-mercaptoundecanoic acid monolayer on gold has been studied. It was found that there is a big hump around pH 5~6 in its force titration curve. Taking the contact angle titration result together, an interaction model for the monolayer was suggested from the chemical hysteresis point of view.