生长在液相基底表面的纳米微结构系统及其物理特性

实验和理论研究相结合, 本项目将对生长在液相基底表面的诸多新型纳米微结构系统进行全面深入的研究。采用热蒸发沉积等方法，在液相基底表面沉积磁性或非磁性原子，通过控制沉积原子的自组装凝聚过程，制备紧致状原子团簇、纳米线、介观环、分支状磁性原子凝聚体等纳米微结构系统，并研究其形成机理、原子数的幻数结构、微结构稳定性、自发磁化、磁畴结构及演化、低温尺寸量子效应等物理特性, 揭示此类具有近似自由边界条件的新型纳米系统中的奇异规律；改进和创新已有的纳米系统模型及理论(如自发磁化理论、铁磁-顺磁转换模拟模型等), 根据样品的特征边界条件, 对其中的原子自组装凝聚、原子平均结合能及幻数结构、磁畴生长、低温超顺磁规律等基础性问题进行深入的理论研究, 初步建立有关液相基底表面纳米微结构系统生长及物理特性的新理论, 使之成为现代纳米物理学的一个新颖分支, 展示其重要的理论价值和广阔的应用前景。

通常人们习惯在各类晶体表面生长纳米原子团簇及凝聚体。实验发现：生长结束后，此类系统的微观结构有一个不稳定过程，在室温情况下，弛豫时间可长达数天。如果在液相基底表面生长纳米原子团簇及其凝聚体，其微观结构和弛豫时间将有较大不同。. 本项目采用实验和理论研究相结合的方法, 对生长在液相基底表面的磁性和非磁性金属(金、银、铝、铁、镍)纳米系统（圆盘状原子团簇和分支状凝聚体）的生长模式和微结构稳定性问题进行系统的研究。. 1. 以硅油为基底的纳米系统. （1）通过改变沉积速率、沉积名义厚度等方法，发现了金和银系统中的圆盘状纳米原子团簇和分支状凝聚体从初期的二维生长向三维生长逐渐过渡的生长方式，确定了此类系统从非晶逐渐转化为多晶结构时的薄膜名义厚度范围。. （2）研究发现：金原子纳米团簇及凝聚体的微观结构相对比较稳定，而银原子纳米团簇及凝聚体在扩散形变、团簇与团簇之间凝聚、凝聚体断裂等情况下，总体积可发生明显变化，纳米团簇及凝聚体俯视总面积最大变化可超过20%。. （3）相比之下，铁和铝原子团簇之间的相互吸引作用力较小，因而它们一般以二维方式凝聚；而金、银和镍原子团簇之间的相互吸引作用力较大，原子团簇一般以三维方式凝聚成分支状凝聚体。. （4）实验发现：铁原子纳米团簇呈圆盘状结构，且圆盘的直径及厚度与沉积名义厚度基本无关，说明了铁原子纳米团簇经历了一个物质密度塌缩和结晶化过程。. 2. 以离子液体为基底的纳米系统.实验发现：生长在离子液体表面的铝原子网状或分支状无定型凝聚体中，存在一颗颗较大的圆盘形凝聚体，它们由分支状凝聚体聚集合并而成，且显示较为明显的多晶结构。. 3．总结多年来我们在以液相材料为基底制备薄膜和纳米结构的实践、体会及主要成果，名为“科学思辨二十四则”的专著（约十五万字）即将由我国商务印书馆 正式出版发行。