纳米量子器件研究的若干前沿问题

纳米量子器件是目前纳米物理学与纳米电子学领域中最重要的研究方向。人们预测，该领域中的任何一项具有实质意义的突破性进展，都极有可能在全球范围内触发一场新的信息技术革命。所调纳米量子器件，是指基于各种量子力学现象，如量子尺寸效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应、光学非线性效应以及量子信息处理等设计并制作的固态纳米电子器件、光电子器件、集成电路乃至量子计算机等。本将着重介绍目前纳米量子器件研究中的若干活跃前沿以及我们应采取的对策。     

纳米科技及其发展前景

纳米科技是在８０年代末、９０年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域,它的迅猛发展将在下世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入,试图抢占这一２１世纪科技战略制高点。关注纳米科技的进展,尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划,对于我国新世纪的发展影响深远。 本文是白春礼院士去年１２月 １４日在中南海科技讲座上的报告全文。纳米科技的意义与发展过程 纳米科技的定义 如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述,我们可以得到人类智…     

有机半导体激发态的量子调控

有机半导体激发态具有多样性和独特性,这使得有机器件呈现出丰富而特有的物理现象.从根本来说,有机器件的功能过程与这些激发态的动力学演化密切相关,包括产生、弛豫、输运、复合及相互转化等.目前,多种有机器件虽已被研制成功,但其功能机制中仍有许多未解之谜,其中激发态研究是重中之重,是有机半导体物理及器件研究的重心.多年来,我们...     

多层结构对镧系掺杂纳米颗粒上转换发光的调控作用

镧系离子掺杂的上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles, UCNPs)由于具有较大的反斯托克斯位移,良好的发光与化学稳定性,长激发态寿命及尖锐的多谱线发射等独特性质,在生物成像和检测、疾病诊断和治疗、安全防伪以及太阳能电池等多个领域备受关注.然而传统UCNPs受到发光效率低、浓度猝灭等诸多问题的限制,实际应用举步维艰.相比较而言,通过多层结构设计可以对掺杂离子浓度、上转换能量传递过程等进行更有效的调控,从而对纳米颗粒的发光性能进行调节与优化,所以具有多层结构的UCNPs近几年来备受关注.本文主要综述了多层结构在UCNPs发光性能调控中的主要作用:多重激发和发光的调节、能量传递调控、实现高浓度掺杂的高效发光以及对寿命的大范围调控,同时结合一些应用实例展望了多层结构的UCNPs在显示、生物医疗以及安全防伪等多个领域的应用前景.     

纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质的调控

无论是对有机荧光分子还是稀土离子掺杂的纳米发光体系,其荧光调控和探测灵敏度的不断提高是基础和应用研究者一直关注的焦点.在发展传统的调控理论和技术的同时,以金属纳米结构为载体的表面等离激元和"热点"增强区域的形成,为荧光调控和增强研究提供了新的机遇.本文针对稀土离子掺杂纳米材料和有机分子发光体系,阐述常见的荧光调控途径,并就金属纳米结构相关的表面增强荧光效应及其现状进行讨论,开拓实现高效荧光调控的思路.通过探索荧光调控的机理和技术路线,以期引发对光谱增强和荧光调控基本理论和技术发展的深入思考和探索.     

评《金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用》

自20世纪60年代激光出现以后,光学的发展极大地改变了人类的认识,对现代科技的发展起到了巨大的推动作用.然而随着信息技术的高度集成化和小型化,衍射极限成为传统光学难以跨越的尺度瓶颈.表面等离子体光学能够实现在纳米尺度上操纵和控制光子的产生、传播、调     

纳米铜和纳米导电纤维的结构

目前化学家们用化学法制备了各种无机固体小颗粒的催化剂及各种由纳米级微粒组成的薄膜与合金,这种材料的研制使得材料物理与化学更进一步地渗透,推动了材料科学的更新与进步.纳米金属超细微粒作为催化剂已经是化学家们熟悉的课题,例如在铂重整中所使用的铂黑等.使用物理法在高真空中制备的各种纳米超微粒子,具有体积小,比表面积大,且表面无微孔及其它极性物质(例如羟基等的吸附),因此引起了人们尝试用物理法研制纳米金属超微粒子作催化剂的兴趣.     

碳-60新材料及其纳米结构特点

不少科学家最近将他们的注意力转向碳-60。这一方面是由于碳-60在结构上意义极不寻常,它是金刚石和石墨以外的第三种碳的结晶形式;另一方面是由于碳-60类材料在     

纳米结构金属晶界塑性机理的原子尺度模拟研究进展

纳米结构金属中富含晶界,对材料微观结构演化与宏观力学性能调控具有重要意义.厘清纳米结构金属晶界塑性变形的原子尺度机理,将之与材料宏观力学行为相联系,是纳米结构金属力学研究关注的核心问题.近年来,我们围绕晶界塑性变形机制及其影响因素,采用原子尺度模拟方法,探究了晶界诱导孪生与界面宏微观自由度的关联规律,揭示了晶界位错往复滑移主导的纳米晶体循环塑性机制,提出了孪晶界滑移诱导纳米晶体极端剪切变形,发展了取向依赖的晶界迁移和滑移转变模型,为纳米结构金属晶界行为预测与调控提供了新思路.本文梳理了晶界塑性原子尺度模拟的研究现状,总结了本团队从原子尺度探究晶界塑性变形机理的相关进展,指出了纳米结构金属晶界调控理论与力学表征的难点和挑战.     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

自组织生长纳米半导体量子点的研究进展

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在成为量子功能器件研究中的一个热点领域 .作为纳米量子点的制备方法 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视 .而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家所广泛关注 .因为这是由自组织方法形成的纳米量子点最终能否实现器件实用化的关键 .本文将以纳米量子点→自组织生长→形成机理→尺寸与密度可控为主线 ,简要介绍近 1 0年来纳米量子点自组织生长技术的研究进展 .     

植物转录因子的结构与调控作用

植物各种诱导型基因的表达主要受特定转录因子在转录水平上的调控。典型的转录因子含有ＤＮＡ结合区、转录调控区、寡聚化位点及核定位信号区等功能区域。这些功能域决定转录因子的功能、特性、核定位及调控作用等,转录因子通过这些功能域与启动子顺式作用元件结合或与其他蛋白的相互作用来激活或抑制基因的表达。植物转录因子的结构与功能成为近年来植物分子生物学等研究领域的重要内容。     

金纳米壳球体的光学特性及其应用研究进展

金纳米壳球体是一种球状分层的纳米复合物颗粒, 由薄的金壳和绝缘体核组成. 在纳米壳球体的核-壳结构中, 其等离激元共振频率随核和壳相对大小的变化而系统地变化. 利用自组装和还原化学, 可以自由地设计和制造纳米壳球体, 使其等离激元共振吸收峰的位置位于光谱的近红外区. 金纳米壳球体这一独特的光学性质, 体现其人工设计的可控性, 在药物缓释、免疫分析、癌症治疗和成像以及生物传感等很多领域有着广阔的应用前景. 本文对金纳米壳球体的制备、性质及其应用研究进展作了综述, 并对金纳米壳球体未来的发展作了展望.     

多元铜基硫族半导体纳米晶的发光性能及其在电致发光器件中的应用进展

半导体纳米晶(又称为半导体量子点)由于其色纯度高和尺寸依赖的发光性能等优势,在照明和显示方面受到了科学界和产业界的广泛关注.目前,基于半导体量子点的电致发光器件所使用的发光材料以镉基硫族化合物量子点为主,然而镉元素对环境和人体都有一定的危害.因此,开发一种环境友好且光电性能良好的无镉半导体纳米晶是非常必要的.近年来,多...     

Si基纳米发光材料的研究进展

Si基纳米材料是近年迅速发展起来的一类新型光电信息材料，在未来的Si发光二极管、Si激光器以及Si基光电子集成技术中具有潜在的重要应用，这些材料主要包括纳米孔硅，由SiO2膜、SiOx（x＜2．0）膜与氢化非晶Si（a-Si:H）膜镶嵌或覆盖的Si纳米微粒，Si纳米量子点以及Si/SiO2超晶格等，目前的研究迹象预示，一旦这些材料能够实现高效率和高稳定度的光致发光（PL）或电致发光（EL），很有可能在21世纪初引发一场新的信息革命，主要介绍了过去10年中各类Si基纳米材料在制备方法、结构特征和发光特性方面的研究进展，并初步预测了这一研究领域在今后10年内的发展趋势。     

纳米尺寸ZnS胶体颗粒结构状态的STM研究

纳米尺寸颗粒介于分子、原子及体材料之间,对它们的各种性质的研究目前已引起了广泛的重视.形成物质纳米尺寸凝聚态颗粒的方法可初步分为两大类,一类涉及到原子的聚集,另外一类方法则利用受控化学反应产生凝聚态物质颗粒的胶体溶液.运用第二类方法形成的ZnS,CdS等半导体颗粒,在光照条件下,价带上的电子吸收适当波长的光跃迁至导带,形成空穴-电子对.电子与空穴迁移至半导体颗粒表面,即可与颗粒表面的底物发生氧化还原反应,实现光电的化学转化.由于这种光催化作用,使得它们     

ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用

近年来,有机-无机杂化钙钛矿光伏电池取得了突飞猛进的发展,已成为光伏领域的研究焦点;其光伏性能的不断提高不仅与钙钛矿材料自身质量与光电特性的提升有关,同时依赖于载流子传输层的优化与设计.鉴于ZnO的优势和特性,本文聚焦于ZnO纳米结构设计及其在钙钛矿光伏电池中的应用,简述了ZnO材料独特的光电性质,总结了ZnO纳米结构的制备方法及合成原理;详细综述了不同维度ZnO纳米结构在钙钛矿光伏电池中的发展进程,着重阐述了化学掺杂、表面修饰、应力调控策略在ZnO基钙钛矿光伏电池性能优化方面的研究进展.本文系统总结了ZnO电子传输层的国内外研究现状、应用前景及发展趋势,为设计构筑高性能ZnO基钙钛矿光伏电池提供了重要的指导.     

可方便规模化制备的夹心二氧化硅纳米结构

<正>中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究小组发现,通过对具有"三明治"结构的有机无机杂化二氧化硅纳米材料刻蚀掉中间层方法可方便制得具有中空结构、有可移动内核和外壳夹心的二氧化硅纳米颗粒.这种方法可使颗粒尺寸、外壳厚度和内核大小得     

钛合金表面纳米结构对成骨细胞黏附的促进作用

采用塑性变形和化学处理方法在Ti6Al4V合金上制得一种新型多孔纳米晶体的表面结构特征, 通过体外实验研究了成骨细胞在纳米Ti6Al4V 合金表面的黏附情况. 将原代培养的大鼠成骨细胞与纳米表面、光滑表面钛合金共培养, 分别通过荧光显微镜、扫描电子显微镜及RT-PCR分析等, 观察成骨细胞在不同材料表面的黏附生长情况. 结果表明: 与普通钛合金相比, 纳米表面钛合金早期就能使成骨细胞伪足伸展良好, 促进成骨紧密贴壁和早期融合; 与细胞黏附相关的Integrin β1的表达也高于普通钛合金, 这为将纳米技术应用到人工关节等植入器械领域提供了新的方向.