中国科技大学制成新型单分子整流器

日前，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室在富勒烯单分子研究中又获重要进展．他们成功得将富勒烯单分子中的一个碳原子用氮原子取代，并利用单电子隧穿效应，研制成仅由一个分子组成的新型单分子整流器．该分子器件有着和传统单分子整流器不同的工作原理，在重复性和可控性方面有着明显的优势。     

多岛单电子晶体管的实现及其源漏特性分析

在淀积有纳米间隙栅电极、源电极和漏电极的衬底上生长量子点，制作出多岛结构的单电子晶体管.在77K温度下对源漏特性进行了测试，得到了库仑阻塞特性.并且成功抑制了单岛单电子晶体管中易出现的共隧穿效应，观察到较大的库仑阈值电压.对试验数据进行了分析，阐明了岛的不同结构组态产生的不同输运效果. 关键词： 单电子晶体管 量子点 库仑阻塞     

22 nm工艺超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应研究

利用计算机辅助设计技术数值仿真工具, 研究22 nm工艺技术节点下超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应, 系统地分析了掺杂地平面技术、重离子入射位置、栅功函数和衬底偏置电压对于单粒子瞬态效应的影响. 模拟结果表明, 掺杂地平面和量子效应对于单粒子瞬态效应影响很小, 重离子入射产生大量电荷, 屏蔽了初始电荷分布的差异性. 单粒子瞬态效应以及收集电荷和重离子入射位置强相关, 超薄体全耗尽绝缘体上硅最敏感的区域靠近漏端. 当栅功函数从4.3 eV变化到4.65 eV时, 单粒子瞬态电流峰值从564 μA减小到509 μA, 收集电荷从4.57 fC减小到3.97 fC. 超薄体全耗尽绝缘体上硅器件单粒子瞬态电流峰值被衬底偏置电压强烈调制, 但是收集电荷却与衬底偏置电压弱相关. 关键词： 超薄体全耗尽绝缘体上硅 单粒子瞬态效应 电荷收集 数值仿真     

温控/光控片上纳米裂结

由于分子尺寸小、可化学合成、与生物组织兼容等显著优点，以有机小分子为核心的单分子器件引起了人们的广泛关注，单分子器件有望成为硅基电子器件的一个重要的互补发展方向。已报道构筑单分子电子回路的大部分方法程序繁琐，且无法在平面基底上实时调控电极间的间距。这项工作采用机械切割结合电化学腐蚀的方法来制作纳米电极，通过控制施加在阴极和阳极之间的电压，并实时监测通过被腐蚀的金线的电流的大小，可以获得针尖状与分子大小匹配的纳米电极。进一步利用热胀冷缩的原理，采用比金的热膨胀系数小很多的材料作为基底，实现了环境温度对电极间距离的调控，即通过改变环境温度实现了可重复操作的电极间的连接及断开。在此温控基础之上，进一步实现了利用光强更为地精密调控电极间的距离，调控的精度可以达到原子级别。实验结果表明，我们制作的温控/光控片上纳米电极无需借助高精尖仪器，就可以实现对电极之间的距离的精密控制，其平面基底构型，为单分子电子器件的研究提供了有助于片上器件集成的新方法。     

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.     

单分子器件与电极间耦合界面对电子传输的影响

利用自恰tight-binding 理论，对由phenalenyl分子构成的全对称三电极纳米单分子器件的电子传导特性进行了理论研究. 通过改变电极与分子界面上的耦合，得出了分子与原子线电极间耦合强度变化对电子传输的影响. 结果显示电子通过phenalenyl分子器件的概率随着分子与电极的耦合强度变弱而减小. 当耦合强度变大时，不仅电子通过phenalenyl分子器件的概率变大，而且在较宽的能带内电子都可以通过phenalenyl分子. 所得结果还揭示出在特定的能区，对称三电极phenalenyl分子可以构成一个无源正负能量开关器件的新特性.     

全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元单粒子效应计算机模拟研究

铁电场效应晶体管具有非挥发性、低功耗、读写速度快等优异的存储性能,是最有前景的新型半导体存储器件之一.为促进铁电场效应晶体管在辐射环境中的应用,本文利用计算机辅助设计软件对全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元的单粒子效应进行研究,分析了重离子不同入射位置及角度和漏极偏置电压对存储单元相关特性的影响.结果表明:重离子入射位置改变不会使氧化铪铁电层中相应的极化状态发生反向,但会影响存储单元输出电压瞬态变化,最敏感区域靠近漏-体结区域;随着重离子入射角度减小,存储单元输出电压峰值增大,读数据“0”时入射角度变化的影响更为明显;存储单元输出电压峰值受漏极偏置电压调制,读数据“1”时调制效应更为明显.本工作为全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元抗单粒子效应加固设计提供理论依据和指导.     

用分子自组装技术制备的单电子器件的Monte Carlo模拟

用分子自组装技术制备出纳米金单电子器件,并测量了其伏安特性,根据单电子系统的半经典理论,用MonteCarlo法对其结果进行了模拟.结果表明,模拟出的伏安曲线与实测的伏安曲线有较好的一致性,反映了模拟方法用于单电子器件研究的合理性,此外发现,虽然单电子器件两电极间含有众多的纳米粒子,但在低压区,其伏安特性只与少数纳米粒子有关 关键词： 单电子器件 MonteCarlo模拟 分子自组装     

研究单原子分子表面扩散运动的时域隧穿电流谱方法

以单个Cu原子在Si(111)(7×7)层错半单元(FHUC)内的随机扩散运动研究为例,演示了一种新的可以测量快速扩散运动的扫描隧道显微镜方法──时域隧穿电流谱方法.运用这种方法可定量地检测纳米局域区间内单原子分子的表面扩散运动,跳跃频率的测量范围达到1—104Hz,比过去已有的用扫描隧道显微镜研究表面扩散的方法提高三个量级.这种方法将会使人们在原子尺度下对快速扩散运动比如氢原子的量子扩散运动获得更进一步的理解.     

接触构型及电极距离对4,4’-二巯基二苯醚分子电输运性质的影响

利用从头计算方法和弹性散射格林函数的方法,对4,4'-二巯基二苯醚分子电输运特性的研究结果显示,分子与电极之间接触点的构型以及两电极之间的距离对4,4'-二巯基二苯醚分子的电输运性质都有很大影响.电流随电极距离的变化与耦合系数的变化存在着密切关系.分子末端硫原子处于金原子的顶位上时电流的开启电压很小,而处在金(111)面的空位上时约有1.0V左右电流禁区.与实验结果相比,硫原子更可能处在金(111)面的空位上方.     

介电泳技术制备具有分子荧光增强效应的电极间纳米间隙结构

将单个核壳结构纳米颗粒放置在金属纳米电极之间制备了纳米尺度间隙结构.利用介电泳技术,本文可控地将蛋白质层包裹的SiO₂@Au核壳结构纳米颗粒定位放置在被荧光分子覆盖的纳米电极之间,从而得到了夹在纳米颗粒和金属纳米电极之间的纳米间隙结构.初步的光致发光测量表明,制备的纳米间隙结构可以有效地增强间隙中分子的荧光信号.这一结果为后续实现基于纳米间隙电极的电致分子荧光奠定了基础.     

单分子科学进展

综述了新兴边缘学科－－单分子科学的进展。对单分子科学的基本实验技术即扫描探针显微术、荧光技术和光镊技术进行了介绍。结合众多的实例（如：对单原子的直接操纵、直接测量化学键强度、在DNA链上“拔河”、用单个C60分子作放大器等）评述了单分子科学方法在各学科领域的广泛应用,以及单分子科学对它们产生的深远影响。最后对单分子科学的发展前景进行了展望。     

量子微结构中的Josephson效应

文章为纪念Josephson效应发现50周年而作.文章介绍了当前关于几种量子微结构中Josephson效应的理论研究,涉及Josephson效应的基本物理现象和它在某些热点材料中的独特表现,如单层石墨纳米条带中的0-π转变,二维拓扑绝缘体中的手征性边态超导电流,以及半导体微腔中激子极化激元凝聚体之间的Josephson效应和直流-交流Josephson电流的转变.     

激光化学沉积

激光化学沉积可分为两大类:激光光致热分解沉积与激光光分解沉积.激光光致热分解沉积是用激光束加热固体局部表面,使其达到高温,金属有机化合物分子碰撞在被加热的固体表面上时,就会在高温中分解成金属原子沉积下来.1972年,纳尔逊(Nelson)和理查森(Richardson)[1]做了一个开创性的实验.他们将二氧化碳激光束聚焦在一根碳棒上,碳棒被放在充有碳氢化合物的气室中,碳氢化合物被光致热分解,碳沉积在激光照射的区域.激光光分解沉积则是用紫外激光束照射固体表面,表面附近的金属有机化合物分子被光离解,离解后的金属原子沉积在固体表面.1979年,埃…     

单分子尺度的光量子态调控与单分子电致发光研究

分子尺度上的光电相互作用研究可以为发展未来信息和能源技术提供科学基础.扫描隧道显微镜不仅可以用来观察和操纵纳米世界中的原子和分子,而且其高度局域化的隧穿电流还可以被用来激发隧道结中的分子,使之发光,以研究局域场下的分子光电特性.本文综述了中国科学技术大学单分子光电研究组近期在锌酞菁分子电致发光方面取得的科学进展,包括：1）利用有效的电子脱耦合与纳腔等离激元调控技术,实现了隧穿电子激发下的单个锌酞菁分子的电致荧光,并通过发展相关的光子发射统计测量方法,表征了单个分子在隧穿电子激发下的电致荧光具有单光子发射特性;2）发展了具有亚纳米空间分辨的荧光光谱成像技术,实现了对酞菁分子间相干偶极相互作用特征的实空间观察;3）对分子与纳腔等离激元之间的相干耦合作用进行了亚纳米精度的操控,在单分子水平上观察到了法诺共振和兰姆位移效应.这些研究结果不仅为研发基于有机分子的电泵纳米光源与单光子光源等分子光电器件提供了新的思路,而且为在单分子尺度上研究分子光电特性、分子间能量转移以及场与物质之间的相互作用规律等提供了新的表征方法.     

化学家构建纳米粒子“图书馆”

正早在数十年前,科学家就已经了解到小簇原子(比如纳米粒子)与宏观大尺度相同物质的性质完全不同。譬如纳米金粒子能够催化化学反应,而大块的黄金则不能。基于半导体的纳米粒子,由于尺度上的微小变化会发出不同颜色的光。所以化学家提出各种方法合成多种纳米粒子(如图),也就不足为奇了。然而直到现在,他们也没有找到一个办法,能够系统地在纳米尺度上整合不同元素并测试最终效能。     

哌啶分子在两种不同银电极上吸附行为的实验和理论研究

分别在粗糙银电极和银纳米颗粒修饰银电极上得到了哌啶分子的表面增强拉曼（SERS）光谱。哌啶在银电极与银纳米颗粒修饰的银电极上的SERS谱有很大的区别,分析认为是由于哌啶在不同基底上的吸附方式不同所引起的,据此建立了哌啶吸附在银颗粒表面的两种模型,用DFT-B3PW91-lanl2dz方法计算了两种模型的拉曼频移,通过与实验结果比较说明了哌啶分子主要通过N原子的孤对电子竖直吸附在粗糙银电极表面,而在银纳米颗粒修饰的银电极上则以平行吸附方式为主。     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

哌啶分子在两种不同银电极上吸附行为的实验和理论研究北大核心CSCD

分别在粗糙银电极和银纳米颗粒修饰银电极上得到了哌啶分子的表面增强拉曼(SERS)光谱.哌啶在银电极与银纳米颗粒修饰的银电极上的SERS谱有很大的区别,分析认为是由于哌啶在不同基底上的吸附方式不同所引起的,据此建立了哌啶吸附在银颗粒表面的两种模型,用DFT-B3PW91-lanl2dz方法计算了两种模型的拉曼频移,通过与实验结果比较说明了哌啶分子主要通过N原子的孤对电子竖直吸附在粗糙银电极表面,而在银纳米颗粒修饰的银电极上则以平行吸附方式为主.     

CO和O2分子与TiO2(110)表面负载Pt单原子的相互作用

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性. 利用扫描隧道显微术与密度泛函理论，研究了Pt单原子在还原性TiO₂(110)表面的吸附行为及其与CO和O₂分子的相互作用. 研究发现在80 K低温下，TiO₂表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位. 将CO和O₂分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO₂表面，研究相应的吸附构型. 实验表明在低覆盖度下，单个Pt原子会俘获一个CO分子，CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_5c)成键，进而形成非对称的Pt-CO 复合物构型. 将样品从80 K升温到100 K后，TiO₂表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)₂的复合结构. 对于O₂分子，单个Pt原子同样会吸附一个O₂分子，O₂分子也会与最近邻或次近邻的Ti_5c原子成键形成两种Pt-O₂构型. 这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O₂与Pt单原子的相互作用，呈现了CO与O₂反应中的初始状态.