原子尺度上纳米材料的控制生长.ppt

2003年4月5日
原子尺度上纳米材料的控制生长
------金属量子点有序阵列的自发生长和磁性
薛其坤
中国科学院物理所表面物理国家重点实验室
Sunday, June 24, 2018
内容
1. 前言
全同纳米团簇两维晶格的生长
应用:磁性量子点的生长/磁性
前言
1. 动机
自下而上纳米材料自组织生长中的动力学控制
大小/形状/组分相同、排列有序的纳米结构阵列
随着材料制备技术的高度发展
量子点、纳米颗粒、纳米团簇、纳米管、纳米线……
信息处理
信息显示
信息储存
单电子晶体管
量子逻辑基元
量子计算
超高密度信息储存
场发射器件……
材料科学的焦点问题之一
2D、1D 或 0D 纳米结构材料
纳米尺度的材料结构的精确控制
金属: ~1nm (GMR: IBM硬盘、磁随机存储)
半导体: ~几(十)nm (量子点激光器、单电子晶体管)
超导体: ~1nm(SIS-type SQUID)
特征物理长度(如电子的费密波长)
自组织的基本规律

制约量子点形状/大小/分布的主要原子机制是什么?
影响纳米结构稳定性的微观机理是什么?
原子尺度上完全可控的有序排列纳米结构阵列
关键科学问题
关键技术问题
量子点和纳米团簇
Fundamental
Applications
Size Uniformity
Spatial Ordering
anization in MBE
Chemical Assembly
Atomic Manipulation by STM
原子尺度上控制:
结构: system-determined
形状: case-dependent
大小: 均匀
间隔: 均匀
1. 岛形状的控制: 动力学
表面扩散各项异性
对称-非对称
绕过岛的扩散各项异性
致密岛-分形岛
层间扩散的难易
两维岛-三维岛
Liu et al., PRL 83, 1195 (99)
Si(001)-2x1
Zhang and Lagally, Science 276, 377 (97)
Nature 417, 907(2002)
2. 岛密度的控制形核理论
Density: N
Lattice number: 1/(Na2)
Junmping times: 1/(CNa2)
Diffusion:D=Ja2 exp(-Ea/KT)
Life time: =
1
sJNa2
1
sDN
=
dN
dt
=
n
n
1Dn2
=
n=R(R: growth rate)

N
T

R
标度规律
N 岛密度
R 蒸镀速率
T 生长温度
、取决于临界核的大小和形核机制