金属纳米颗粒超晶体中的电子输运性能研究

Well-defined self-organized nanoparticles, called superlattice, are expected to have tunable physical properties, which can be useful to fabricate the innovative electronic devices. The scanning tunneling microscopy and spectroscopy studies show that the thickness of superlattice, i.e., number of nanoparticle layers in the superlattice, is crucial to the electronic properties. However, it is difficult to control pricisely the number of nanoparticle layers in the superlattice for electronic measurement. Here we propose to deposite the nanoparticles layer by layer onto the substrate with electrodes to form superlattice. With given thickness, the number of tunneling junctions is modified by varying the distance between electrodes. Like this, the electron transport in such superlattices can be studied quantitively.

精细自组装的纳米颗粒膜（称为超晶体）是一种潜在的具有可调控物理性能的新型材料，可应用于新一代纳米电子器件的制作。对金纳米颗粒超晶体电子学性能的扫描隧道显微术研究表明，超晶体中纳米颗粒层数是影响其电学性能的重要参数。但是目前尚不能够精确控制超晶体生长的层数，从而影响了对其电子输运机理使用扫描隧道显微术进行深入定量研究。因而，在此拟运用接触电极方法，使用微电子光刻技术制作接触电极，然后采用郎缪尔制膜技术在制作好电极的基片上进行纳米颗粒层数可控地生长金属纳米颗粒超晶体。在给定膜厚的情况下，通过改变接触电极间距，从而改变电极之间横向的纳米颗粒的层数，即遂穿节的数量，进而达到对金属纳米颗粒超晶体中电子输运性能进行深入的定量研究。

该项目以金纳米颗粒及其超晶体中的电子输运研究为基础，根据学科发展动态以及社会经济需求，开展了多方面的扩展研究。首先对金纳米颗粒进行了可控合成，研究过程中也扩展到银纳米颗粒的可控合成，开展了金纳米颗粒在保证质量的同时批量化制备的研究。随后发展了一种纳米颗粒单层膜的制备技术，以制备用于电学性能测试的金纳米颗粒二维超晶体。利用微纳加工技术，制备了最小间距为20nm且间距可控的测试电极系统。也对二元贵金属（金和银）纳米颗粒超晶体的表面等离子激元共振特性的调控进行了初步的研究。开展了利用贵金属纳米颗粒单层膜增强二维材料（如MoS2等）光电性能的研究。与苏州大学合作开展了铂、碲纳米颗粒，金纳米颗粒及其超晶体在热疗中的应用研究。通过该项目的实施，与美国伯克利国家实验室、北京大学、苏州大学、中科院苏州纳米所等机构的科学家建立实质性的合作关系。这些工作为该项目的进一步扩展和技术转化应用奠定了奠定了良好的基础。