《孤立金納米顆粒單電子隧穿能譜的系統研究》是依託北京理工大學，由鄭寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：孤立金納米顆粒單電子隧穿能譜的系統研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：鄭寧
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，作為下一代單電子隧穿型器件的核心部分，具有外包覆膜的貴金屬納米顆粒在國內外科學界及產業界引起了廣泛關注和大量研究。本項目擬採用Brust方法合成得到具有包覆膜的純化金納米顆粒，利用配體交換將納米顆粒固定在絕緣襯底表面。通過單電子隧穿力學顯微技術找到孤立納米顆粒，原位測量其單電子隧穿譜，從而得到納米顆粒在絕緣襯底上的能級結構。選擇不同絕緣襯底和適合的包覆膜，測量不同條件下納米顆粒的電子隧穿譜，對比它們之間的差異，分析顆粒與襯底之間的耦合作用以及包覆膜對其能級結構的影響，提出合理的理論模型解釋能級結構的異同，最后綜合利用以上數據，研究能量馳豫問題，加深理解其中的物理圖景，為隧穿型，自旋開關型納米電子器件提供實驗數據支持和理論指導。
結題摘要
絕緣襯底上的金屬納米顆粒在納米電子學，太陽能電池等領域展現出極具潛力的套用前景。本項目對在二氧化矽、氮化矽以及二氧化鉿表面上的孤立金納米顆粒進行了單電子隧穿譜的實驗測量，從而得到了相應的能級結構，並且根據實驗結果進一步進行了理論分析，定性解釋了不同襯底能譜曲線的測量結果，並且提出襯底間的電子缺陷可能是能譜中的中間態能級產生的原因。研究結果主要包括以下三方面內容：（1）化學合成實驗所需的納米顆粒，對絕緣襯底表面修飾保證顆粒可粘附在表面而不團聚。測量比較了不同絕緣襯底上的金納米顆粒的單電子隧穿能譜，得到了基本的能級結構參數，例如帶隙寬度與充電能量等。根據能譜顯示納米顆粒具有能帶帶隙，與巨觀固體相比其電學性質發生明顯轉變。當納米顆粒周圍襯底中電子缺陷不太密集時，不同絕緣襯底上所得到的單電子隧穿譜線差別不大，說明納米顆粒的能級結構對襯底成分環境不敏感。通過平行板電容器模型和三維電子隧穿模型對襯底環境與納米顆粒之間的弱相互作用與相似能譜結構進行定性解釋，與實驗所觀察的現象符合的較好。（2）研究了不同包覆層對納米顆粒能級結構的影響。發現所實驗的包覆層對能級結構不會造成定性影響，儘管帶隙寬度和充電能量會有定量上差別。（3）通過控制施加在襯底上偏壓的幅度與極性，以及探針與納米顆粒之間的距離等參數，可以準確確定中間態能級和電子缺陷的空間位置與能量位置。實驗研究了絕緣襯底中的缺陷分布，能量位置對納米顆粒隧穿能譜的影響與相互聯繫，發現了當缺陷密度較大的樣品，例如二氧化鉿，更容易產生能量弛豫現象，從而實驗上提出了一個有力的證據，證實隧穿能譜中的中間態能級可能產生於襯底中的電子缺陷。另外，通過在襯底施加交流電壓，可以動態調控電子在探針與中間態能級之間的隧穿輸運，可進一步提高中間態能級能量位置識別的解析度。
