原子团簇与纳米技术(一)
纳米技术已广为人知,但原子团簇与纳米技术的是什么关系,也许人们对它知之甚少。王广厚结合自己所做的研究,向广大研习者介绍了发展纳米技术的必要性和技术路径,近几十年国际纳米技术领域的重要成果,以及原子团簇的特征和分类等。
纳米技术的本质是在原子、分子层次上,研究如何由单个原子构建大的结构。尺度在10-9到10-7米范围,物质的结构及物理、化学和生物性质,都呈现出重要的变化。纳米技术的目的之一,是在微米尺度甚至宏观尺度上,构建自然界还没有的新材料和器件。一方面,纳米技术在加工领域正在“由大到小”发展。王广厚以芯片为例指出,芯片的存储容量等取决于使用什么样的印刷技术,而平版印刷存在着显著的问题。因此,王广厚认为必须继续深入纳米领域的研究,但缩小到纳米尺寸的CMOS器件还面临着一系列的挑战。另一方面,纳米技术还在气相合成、化学液相合成等方面“由小到大”发展。
接下来,王广厚详细介绍了什么是原子团簇。团簇是原子、分子的聚集体,尺寸可变。国际上.团簇研究经历了寻找稳定的团簇、研究团簇的性质、探索团簇的应用三个阶段。团簇有超铁磁行为、异常磁矩、高于块体熔点等性质。随后,王广厚介绍了自己团队的研究。研究思路是自由团簇—支撑团簇—团簇组装—纳米结构。
在相关的研究中,王广厚得到了5点科学发现:同位素效应、量子特性(表面模量子化,多阶拉曼散射,光致发光)、尺寸演变(尺寸方程和演变规律)、输运性质(多道共振隧穿,动力学迁移,纳米喷射)、奇异构型(氧化物团簇和单晶纳米丝)。
总体来说,在以团簇为基元制备纳米结构和量子器件过程中,支撑团簇和团簇组装极其重要,但由于仪器设备和方法的限制,至今研究不多,进展很少。王广厚认为纳米技术应该向这一方向发展,因此他通过自己团队研制的仪器进行了这方面的探索。他希望中国在原子团簇与纳米技术领域,不仅能在学术上做出创新成果,而且能根据先进科研与工艺设备的需求,具有自主研发与生产能力。
(视频拍摄于2013年)
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