物理學院都有為院士課題組在碳納米螺旋的生長機制、磁性、單根納米螺旋中的電荷輸運性質研究方面取得了重要進展。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灣中興大學化學系林寬鋸教授、物理系郭華丞教授合作完成，我校物理學院湯怒江老師為第一作者。

    第一篇文章（ACS Nano,4,241-250（2010））報道了在碳納米螺旋的生長機制、磁性方面的進展。由于其特殊的形貌和微結構，螺旋碳管已被理論和實驗證實具有許多奇特的物理和化學性能。但由于合成條件苛刻、以及對于生長條件及生長機理的不明朗，大量制備高純度的碳納米螺旋一直是一個很大的挑戰(zhàn)，給對其應用帶來很大的困難。對于螺旋的生長機理一直有很大的爭議。

    該課題組經過大量的實驗發(fā)現：螺旋碳管生長與催化劑顆粒尺寸之間存在密切關系，當催化劑的粒徑在100納米以下時，有利于納米碳管螺旋結構的形成。并認為：小面及小面效應的保持是得到高純度碳納米螺旋的重要因素；由于乙炔裂解時的放熱會導致催化劑顆粒溫度的快速提高，使得小面曲率和小面效應下降甚至是消失，這是螺旋純度下降的重要原因。該研究小組在系統(tǒng)研究基礎上，對螺旋碳納米管生長機制和生長模型提出了全新的觀點：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較低的溫度，進而使得催化劑的小面和小面效應一直得到保持，這有利于得到高純度的碳納米螺旋。此研究工作為對碳管螺旋生長過程的動力控制提供了重要的參考價值。

    第二項工作（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，并對單根碳納米螺旋的電荷性質進行了系統(tǒng)的研究，提示了納米螺旋管中電荷運輸具有電子的漂移傳導和半導體的特點。通過系統(tǒng)的實驗和理論數值模擬，詳細闡明了納米螺旋中電荷輸運特點及其原因：并認為：在碳納米螺旋中大量缺陷的存在，是電子的漂移傳導的起源。單根半導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象和低維輸運特性等領域的重要應用，而受到人們的廣泛關注。在此研究領域，對于改善單根半導體納米線和金屬電極之間的接觸，減小接觸電阻已成為當前的一個研究熱點。該研究小組發(fā)現在單根碳納米螺旋中，電荷輸運特點為電子在局域態(tài)間的漂移傳導，特征長度為5～50nm。在低溫時，在局域態(tài)中電子-電子之間的相互作用組成了一個大小為幾個MeV的軟庫侖帶隙，電子漂移變成了Efros-Shklovshii VRH模式。在接觸電極部分，高溫時Schottky型通常被觀察到，而燒結后的接觸在低溫時經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單根器件進行燒結的方法，能有效減小接觸間的勢壘減小接觸電阻，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方法將在制備半導體納米線基晶體管中發(fā)揮重要作用。（來源：南京大學）