物理學(xué)院都有為院士課題組在碳納米螺旋的生長(zhǎng)機(jī)制、磁性、單根納米螺旋中的電荷輸運(yùn)性質(zhì)研究方面取得了重要進(jìn)展。近期在《ACS納米》（ACS Nano）上先后發(fā)表兩篇論文，該工作由課題組與臺(tái)灣中興大學(xué)化學(xué)系林寬鋸教授、物理系郭華丞教授合作完成，我校物理學(xué)院湯怒江老師為第一作者。
第一篇文章（ACS Nano,4,241-250（2010））報(bào)道了在碳納米螺旋的生長(zhǎng)機(jī)制、磁性方面的進(jìn)展。由于其特殊的形貌和微結(jié)構(gòu)，螺旋碳管已被理論和實(shí)驗(yàn)證實(shí)具有許多奇特的物理和化學(xué)性能。但由于合成條件苛刻、以及對(duì)于生長(zhǎng)條件及生長(zhǎng)機(jī)理的不明朗，大量制備高純度的碳納米螺旋一直是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，給對(duì)其應(yīng)用帶來很大的困難。對(duì)于螺旋的生長(zhǎng)機(jī)理一直有很大的爭(zhēng)議。
該課題組經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：螺旋碳管生長(zhǎng)與催化劑顆粒尺寸之間存在密切關(guān)系，當(dāng)催化劑的粒徑在100納米以下時(shí)，有利于納米碳管螺旋結(jié)構(gòu)的形成。并認(rèn)為：小面及小面效應(yīng)的保持是得到高純度碳納米螺旋的重要因素；由于乙炔裂解時(shí)的放熱會(huì)導(dǎo)致催化劑顆粒溫度的快速提高，使得小面曲率和小面效應(yīng)下降甚至是消失，這是螺旋純度下降的重要原因。該研究小組在系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，對(duì)螺旋碳納米管生長(zhǎng)機(jī)制和生長(zhǎng)模型提出了全新的觀點(diǎn)：由于較小的尺寸，小催化劑具有較慢的碳原子擠出速率，能夠使得催化劑顆粒保持在相對(duì)較低的溫度，進(jìn)而使得催化劑的小面和小面效應(yīng)一直得到保持，這有利于得到高純度的碳納米螺旋。此研究工作為對(duì)碳管螺旋生長(zhǎng)過程的動(dòng)力控制提供了重要的參考價(jià)值。
第二項(xiàng)工作（ACS Nano,4,781-788(2010))通過微加工手段得到了單根碳納米螺旋器件，并對(duì)單根碳納米螺旋的電荷性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提示了納米螺旋管中電荷運(yùn)輸具有電子的漂移傳導(dǎo)和半導(dǎo)體的特點(diǎn)。通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)值模擬，詳細(xì)闡明了納米螺旋中電荷輸運(yùn)特點(diǎn)及其原因：并認(rèn)為：在碳納米螺旋中大量缺陷的存在，是電子的漂移傳導(dǎo)的起源。單根半導(dǎo)體納米線器件因其在納米電子、光電子、氣敏器件等以及在研究基本量子現(xiàn)象和低維輸運(yùn)特性等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，而受到人們的廣泛關(guān)注。在此研究領(lǐng)域，對(duì)于改善單根半導(dǎo)體納米線和金屬電極之間的接觸，減小接觸電阻已成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。該研究小組發(fā)現(xiàn)在單根碳納米螺旋中，電荷輸運(yùn)特點(diǎn)為電子在局域態(tài)間的漂移傳導(dǎo)，特征長(zhǎng)度為5～50nm。在低溫時(shí)，在局域態(tài)中電子-電子之間的相互作用組成了一個(gè)大小為幾個(gè)MeV的軟庫(kù)侖帶隙，電子漂移變成了Efros-Shklovshii VRH模式。在接觸電極部分，高溫時(shí)Schottky型通常被觀察到，而燒結(jié)后的接觸在低溫時(shí)經(jīng)常觀察到明顯的量子隧穿。該研究表明，通過精確定位控制的激光束對(duì)單根器件進(jìn)行燒結(jié)的方法，能有效減小接觸間的勢(shì)壘減小接觸電阻，從而改善單根碳納米螺旋和金屬電極之間的接觸。該研究表明，通過精確定位控制的激光束燒結(jié)方法將在制備半導(dǎo)體納米線基晶體管中發(fā)揮重要作用。（來源：南京大學(xué)）
第一篇文章（ACS Nano,4,241-250（2010））報(bào)道了在碳納米螺旋的生長(zhǎng)機(jī)制、磁性方面的進(jìn)展。由于其特殊的形貌和微結(jié)構(gòu)，螺旋碳管已被理論和實(shí)驗(yàn)證實(shí)具有許多奇特的物理和化學(xué)性能。但由于合成條件苛刻、以及對(duì)于生長(zhǎng)條件及生長(zhǎng)機(jī)理的不明朗，大量制備高純度的碳納米螺旋一直是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，給對(duì)其應(yīng)用帶來很大的困難。對(duì)于螺旋的生長(zhǎng)機(jī)理一直有很大的爭(zhēng)議。
該課題組經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：螺旋碳管生長(zhǎng)與催化劑顆粒尺寸之間存在密切關(guān)系，當(dāng)催化劑的粒徑在100納米以下時(shí)，有利于納米碳管螺旋結(jié)構(gòu)的形成。并認(rèn)為：小面及小面效應(yīng)的保持是得到高純度碳納米螺旋的重要因素；由于乙炔裂解時(shí)的放熱會(huì)導(dǎo)致催化劑顆粒溫度的快速提高，使得小面曲率和小面效應(yīng)下降甚至是消失，這是螺旋純度下降的重要原因。該研究小組在系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，對(duì)螺旋碳納米管生長(zhǎng)機(jī)制和生長(zhǎng)模型提出了全新的觀點(diǎn)：由于較小的尺寸，小催化劑具有較慢的碳原子擠出速率，能夠使得催化劑顆粒保持在相對(duì)較低的溫度，進(jìn)而使得催化劑的小面和小面效應(yīng)一直得到保持，這有利于得到高純度的碳納米螺旋。此研究工作為對(duì)碳管螺旋生長(zhǎng)過程的動(dòng)力控制提供了重要的參考價(jià)值。
第二項(xiàng)工作（ACS Nano,4,781-788(2010))通過微加工手段得到了單根碳納米螺旋器件，并對(duì)單根碳納米螺旋的電荷性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提示了納米螺旋管中電荷運(yùn)輸具有電子的漂移傳導(dǎo)和半導(dǎo)體的特點(diǎn)。通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)值模擬，詳細(xì)闡明了納米螺旋中電荷輸運(yùn)特點(diǎn)及其原因：并認(rèn)為：在碳納米螺旋中大量缺陷的存在，是電子的漂移傳導(dǎo)的起源。單根半導(dǎo)體納米線器件因其在納米電子、光電子、氣敏器件等以及在研究基本量子現(xiàn)象和低維輸運(yùn)特性等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，而受到人們的廣泛關(guān)注。在此研究領(lǐng)域，對(duì)于改善單根半導(dǎo)體納米線和金屬電極之間的接觸，減小接觸電阻已成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。該研究小組發(fā)現(xiàn)在單根碳納米螺旋中，電荷輸運(yùn)特點(diǎn)為電子在局域態(tài)間的漂移傳導(dǎo)，特征長(zhǎng)度為5～50nm。在低溫時(shí)，在局域態(tài)中電子-電子之間的相互作用組成了一個(gè)大小為幾個(gè)MeV的軟庫(kù)侖帶隙，電子漂移變成了Efros-Shklovshii VRH模式。在接觸電極部分，高溫時(shí)Schottky型通常被觀察到，而燒結(jié)后的接觸在低溫時(shí)經(jīng)常觀察到明顯的量子隧穿。該研究表明，通過精確定位控制的激光束對(duì)單根器件進(jìn)行燒結(jié)的方法，能有效減小接觸間的勢(shì)壘減小接觸電阻，從而改善單根碳納米螺旋和金屬電極之間的接觸。該研究表明，通過精確定位控制的激光束燒結(jié)方法將在制備半導(dǎo)體納米線基晶體管中發(fā)揮重要作用。（來源：南京大學(xué)）
