来宝网 2013/11/18点击1356次
近日，记者从中科院物理研究所获悉，该所王恩哥院士领导的研究组研制出了新的原位透射电镜测量装置，实现了纳米管/纳米线场效应晶体管器件单元在透射电镜中的原位表征，在确定器件材料结构的同时，实现了原位测量电输运性质。研究组人员与北京大学刘忠范小组合作，将这种方法运用到单根双壁碳纳米管研究上，在实验上直接获得了双壁碳纳米管电输运性质与纳米管手性指数的对应关系，相关结果发表在近期出版的《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.) 上。
据了解，由于纳米管的物理性质极大地依赖其微观结构，因此实现单个纳米管的原子结构表征与原位性质测量，建立性质与结构之间的一一对应关系，是纳米科学和低维物理研究的重要前沿课题之一。2002年王恩哥领导的研究组，首次在国内发展了将扫描探针技术与透射电镜技术相结合的方法，研制成功一台先进的原位透射电镜与物性测量实验设备。近年来他们在这台仪器上开展了大量的单根纳米管/纳米线的操纵、结构表征和物性测量实验，取得了系列原创性成果。
研究组专家表示，单根双壁碳纳米管由两个单壁碳纳米管套构而成，是实现纳米光电功能复合材料的理想结构组元，也是研究纳米管层间原子相互作用的最简单物理体系。碳纳米管的电子结构唯一地决定于表征其原子结构的手性指数(n, m)，在实验上测量纳米管物理性质与手性指数的一对一关系，从而可以使我们在原子层次上理解碳纳米管的特殊性质，这一直是一个人们共同关心的重要物理问题。由王恩哥和中科院物理所研究员白雪冬领导的两个课题组与北京大学教授刘忠范领导的课题组合作，用微加工工艺制作特殊衬底并构造双壁纳米管场效应晶体管，做到器件电输运测量与透射电镜表征相兼容，成功测得了手性依赖的纳米管电输运性质。
研究人员表示，单根双壁碳纳米管每一层既可能是金属性的（M），也可能是半导体性的（S）。根据两者的组合方式我们可以获得四种不同类型的双壁碳纳米管，即M/M, M/S, S/S和S/M组合的纳米管。研究人员利用中科院物理所研制的这台特殊仪器，研究了所有这四种组合情况下单根双壁纳米管的电学性质，实现纳米管输运性质与手性指数的直接对应；他们还通过对同一种类型纳米管（S/M）做大量器件样品的统计研究，证明了层间距是影响双壁纳米管输运性质的主要因素。不仅如此，他们还采用较大电流脉冲烧蚀纳米管的外壁，将探测深入到纳米管内壁，实现了双壁纳米管的逐层测量。
有关专家表示，这些研究对双壁纳米管基本物性的理解和相关器件设计开发均具有重要意义。相关研究成果在《美国化学会志》发表后立即引起了国际同行的广泛兴趣。
