單根雙壁碳納米管原位電學性質成功測定
2009-02-26 來源：科學時報
近日，記者從中科院物理研究所獲悉，該所王恩哥院士領導的研究組研制出了新的原位透射電鏡測量裝置，實現了納米管/納米線場效應晶體管器件單元在透射電鏡中的原位表征，在確定器件材料結構的同時，實現了原位測量電輸運性質。研究組人員與北京大學劉忠范小組合作，將這種方法運用到單根雙壁碳納米管研究上，在實驗上直接獲得了雙壁碳納米管電輸運性質與納米管手性指數的對應關系，相關結果發表在近期出版的《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.) 上。
據了解，由于納米管的物理性質極大地依賴其微觀結構，因此實現單個納米管的原子結構表征與原位性質測量，建立性質與結構之間的一一對應關系，是納米科學和低維物理研究的重要前沿課題之一。2002年王恩哥領導的研究組，首次在國內發展了將掃描探針技術與透射電鏡技術相結合的方法，研制成功一臺先進的原位透射電鏡與物性測量實驗設備。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、結構表征和物性測量實驗，取得了系列原創性成果。
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而成，是實現納米光電功能復合材料的理想結構組元，也是研究納米管層間原子相互作用的最簡單物理體系。碳納米管的電子結構唯一地決定于表征其原子結構的手性指數(n, m)，在實驗上測量納米管物理性質與手性指數的一對一關系，從而可以使我們在原子層次上理解碳納米管的特殊性質，這一直是一個人們共同關心的重要物理問題。由王恩哥和中科院物理所研究員白雪冬領導的兩個課題組與北京大學教授劉忠范領導的課題組合作，用微加工工藝制作特殊襯底并構造雙壁納米管場效應晶體管，做到器件電輸運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性質。
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），也可能是半導體性的（S）。根據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性質，實現納米管輸運性質與手性指數的直接對應；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計研究，證明了層間距是影響雙壁納米管輸運性質的主要因素。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壁，實現了雙壁納米管的逐層測量。
有關專家表示，這些研究對雙壁納米管基本物性的理解和相關器件設計開發均具有重要意義。相關研究成果在《美國化學會志》發表后立即引起了國際同行的廣泛興趣。
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（責任編輯：琛）
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