單根雙壁碳納米管原位電學(xué)性質(zhì)成功測定
2009-02-26 來源：科學(xué)時報
關(guān)鍵詞：中科院物理研究所 王恩哥院士 單根雙壁碳納米管
近日，記者從中科院物理研究所獲悉，該所王恩哥院士領(lǐng)導(dǎo)的研究組研制出了新的原位透射電鏡測量裝置，實(shí)現(xiàn)了納米管/納米線場效應(yīng)晶體管器件單元在透射電鏡中的原位表征，在確定器件材料結(jié)構(gòu)的同時，實(shí)現(xiàn)了原位測量電輸運(yùn)性質(zhì)。研究組人員與北京大學(xué)劉忠范小組合作，將這種方法運(yùn)用到單根雙壁碳納米管研究上，在實(shí)驗(yàn)上直接獲得了雙壁碳納米管電輸運(yùn)性質(zhì)與納米管手性指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期出版的《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.) 上。
據(jù)了解，由于納米管的物理性質(zhì)極大地依賴其微觀結(jié)構(gòu)，因此實(shí)現(xiàn)單個納米管的原子結(jié)構(gòu)表征與原位性質(zhì)測量，建立性質(zhì)與結(jié)構(gòu)之間的一一對應(yīng)關(guān)系，是納米科學(xué)和低維物理研究的重要前沿課題之一。2002年王恩哥領(lǐng)導(dǎo)的研究組，首次在國內(nèi)發(fā)展了將掃描探針技術(shù)與透射電鏡技術(shù)相結(jié)合的方法，研制成功一臺先進(jìn)的原位透射電鏡與物性測量實(shí)驗(yàn)設(shè)備。近年來他們在這臺儀器上開展了大量的單根納米管/納米線的操縱、結(jié)構(gòu)表征和物性測量實(shí)驗(yàn)，取得了系列原創(chuàng)性成果。
研究組專家表示，單根雙壁碳納米管由兩個單壁碳納米管套構(gòu)而成，是實(shí)現(xiàn)納米光電功能復(fù)合材料的理想結(jié)構(gòu)組元，也是研究納米管層間原子相互作用的最簡單物理體系。碳納米管的電子結(jié)構(gòu)唯一地決定于表征其原子結(jié)構(gòu)的手性指數(shù)(n, m)，在實(shí)驗(yàn)上測量納米管物理性質(zhì)與手性指數(shù)的一對一關(guān)系，從而可以使我們在原子層次上理解碳納米管的特殊性質(zhì)，這一直是一個人們共同關(guān)心的重要物理問題。由王恩哥和中科院物理所研究員白雪冬領(lǐng)導(dǎo)的兩個課題組與北京大學(xué)教授劉忠范領(lǐng)導(dǎo)的課題組合作，用微加工工藝制作特殊襯底并構(gòu)造雙壁納米管場效應(yīng)晶體管，做到器件電輸運(yùn)測量與透射電鏡表征相兼容，成功測得了手性依賴的納米管電輸運(yùn)性質(zhì)。
研究人員表示，單根雙壁碳納米管每一層既可能是金屬性的（M），也可能是半導(dǎo)體性的（S）。根據(jù)兩者的組合方式我們可以獲得四種不同類型的雙壁碳納米管，即M/M, M/S, S/S和S/M組合的納米管。研究人員利用中科院物理所研制的這臺特殊儀器，研究了所有這四種組合情況下單根雙壁納米管的電學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)納米管輸運(yùn)性質(zhì)與手性指數(shù)的直接對應(yīng)；他們還通過對同一種類型納米管（S/M）做大量器件樣品的統(tǒng)計研究，證明了層間距是影響雙壁納米管輸運(yùn)性質(zhì)的主要因素。不僅如此，他們還采用較大電流脈沖燒蝕納米管的外壁，將探測深入到納米管內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)了雙壁納米管的逐層測量。
有關(guān)專家表示，這些研究對雙壁納米管基本物性的理解和相關(guān)器件設(shè)計開發(fā)均具有重要意義。相關(guān)研究成果在《美國化學(xué)會志》發(fā)表后立即引起了國際同行的廣泛興趣。
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