电子显微镜中同一单个纳米结构多种物性的综合研究

The synthesis of nanostructures with the uniformity at atomic level is still an insurmountable challenge in near future. This results in the inhomogeneity of the physical properties of nanostructures. So each nanostructure has different physical properties even though a large number of nanostructures can be synthesized at one time. In order to achieve accurate and full understanding of nanostructure physical properties, it is nacessary to perform multiple-properties measurements and studies on the same individual nanostructures with known atomic structures. However, to date, the multiple-properties measurements and studies on the same individual nanostructures have seldem been achieved. Herein, it is proposed to perform multiple-properties studies on the same individual nanostructures, especially on the same individual GaAs/InAs nanowires, inside an environmental scanning electron microscope. By performing combined measurements of electrical transport curves, photo-luminescence and cathode-luminescence spectra, stress-strain curves and the sensitivity of electrical and optical properties to gas molecules on the same individual GaAs/InAs nanowires, it is expected to reveal the dependence of physical properties and even the energy band structures of GaAs/InAs nanowires on strain, crystal structure and diameter.

合成得到具有相同原子结构的纳米结构仍是短期内难以克服的挑战，这种合成不可控性导致了所合成纳米结构物性的不均一性，即一次合成得到的数以万计的纳米结构中每一单个纳米结构都具有不同的物理性质。为了全面准确地理解纳米结构的物性，这种物性不均一性要求我们必须对已知晶体/原子结构的同一单个纳米结构实现多种物性的综合测量和研究。但是，迄今为止在同一单个纳米结构上实现多种物性的综合测量和研究还很少被实现。本项目拟致力于在环境扫描电子显微镜中实现已知晶体结构的同一单个纳米结构，特别是同一单根GaAs和InAs纳米线，的多种物性的综合测量和研究；通过同一单根GaAs和InAs纳米线的电输运特性、光致发光和阴极发光光谱、应力-应变曲线以及气体敏感特性的综合研究，揭示应力、晶体结构和直径对这两种纳米线的物性、甚至能带结构的影响。

合成得到具有相同结构的纳米材料仍是难以克服的挑战，这种合成不可控性导致了所合成纳米材料物性的不均一性，即一次合成得到的数以万计的纳米材料中每一单个纳米材料都具有不同的物理性质。为了全面准确地理解纳米材料的物性，这种物性不均一性要求我们必须对已知晶体/原子结构的同一单个纳米材料实现多种物性的综合测量和研究，然而仍缺少相关的研究方法。本项目发展了在电子显微镜中对同一单体纳米结构实现多种物性综合测试和研究的方法，并利用所发展方法研究了多种重要纳米结构（包括InAs纳米线、碳纳米管、石墨烯、硼氮烯、W18O49纳米线）的多种重要物理性质（包括电输运特性、力电耦合特性、电子发射特性、杨氏模量、断裂强度和韧性、气体敏感特性、锂化特性等），建立了这些物理性质与材料结构的关系。本项目还提供一种对纳米材料进行全过程原位研究，并建立纳米材料的合成条件、结构和成分、物理性质、器件性能四者相互关系的方法。相关成果加深了人们对所研究纳米材料的物理特性，及其物理特性与材料结构关系的认识，对推进所研究纳米材料在相关领域的应用具有重要意义。