二維納米材料場致電子發射

《二維納米材料場致電子發射》是依託中山大學，由李志兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：二維納米材料場致電子發射
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李志兵
• 依託單位：中山大學

中文摘要

本項目研究二維納米結構在外電場幫助下發射電子的基本規律和特有現象。與傳統的準一維納米針尖場發射結構相比，二維場發射結構具有相干性和準直性好，量子態易於調控等特點。二維場電子發射的規律和傳統的福勒-諾海姆場電子發射理論有重要的區別，並已得到實驗的支持。但對其物理過程特徵的認識尚處於初級階段，目前迫切需要對此進行深入的研究。我們擬重點研究二維電子場致發射的相干性和量子調控。具體以單層和多層石墨片為對象，研究不同邊界結構的電子態發射特徵，研究磁場對場發射的調控，研究發射電子的相干特性和圖像。研究方法包括密度泛函理論、緊束縛理論、格林函式、路徑積分方法等，重點突破單電子模型，尋找發射材料中電子多體相互作用效應在發射行為中的體現，建立發射電子相干圖像與材料量子態的關係。此項研究將建立二維場電子發射的系統理論，為實現新型的一維真空電子源、電子全息和平行電子刻蝕器件提供理論依據。

結題摘要

本項目以建立二維場電子發射的系統理論為目標，研究二維納米結構在外電場幫助下電子發射的基本規律和特有現象，重點研究二維電子場致發射的相干性和量子調控。本項目建立的二維相干場電子發射理論是關於二維相干場電子發射的目前國際上唯一的理論。我們的理論預言，二維場電子相干發射具有良好的相干性和準直性，其場發射圖像能反映二維結構量子態的特徵並且可以通過磁場和光場調控。獲得三項重要結果。1.在緊束縛理論、量子玻爾茲曼方程、分解路徑積分勢壘相干隧穿理論的框架下，建立了磁場、雷射調控下二維材料相干場發射的理論模型，在模型中首次考慮了外電場引起的朗道能級彎曲、雷射激發電子的熱弛豫效應，建立了相干場發射圖像和二維材料量子態的聯繫。這項研究成果比較完整地描寫了二維相干場電子發射現象，並且給出用外磁場和雷射場調控相干場發射的理論。基於此理論可能發展出一種方向性極好的容易調控的相干電子線源，在電子全息和電子刻蝕等領域可能有重要套用。此外，此理論還為探測納米結構量子態，包括量子態的相位信息，提供一種可能的新途徑。2. 套用密度泛函理論、MM/QM方法，研究若干二維納米材料的與場電子發射密切相關的物理特性，包括邊緣功函式、電子能帶結構、原子/分子吸附和退吸附、電熱輸運、強場下納米結構的穩定性等。這些性質是影響納米結構場電子發射實際套用的非常關鍵的因素。3. 預言在表面等離子激元誘導下雷射可以在石墨烯上產生光子大拖曳電流，用微擾論求解推廣光學布洛赫方程計算雷射通過等離子激元中介後在石墨烯上產生的有向巨觀電流。這種方法產生的光子拖曳電流比文獻報導的雷射直接產生的共振拖曳電流大差不多一個數量級。這個現象在雷射調控二維場發射中有潛在套用。