纳米微结构作为荷电粒子束传输元件的研究

Due to the rapid development of nanotechnology, various nano structures with various functions are unexpectedly accessed, i.e., nanocapillaries of various cross sections, single nanohole on a membrane, glass capillaries of variuous cross sections and inner shapes, mono-atomic-layer carbon nano-membrane. These nano-structures in materials provide new horizons to study certain physical aspects of charged particle -solid interactions and open up new applications. Our proposal is based on the newly found the guiding and shaping effect of highly charged ion interacting with insulating nanocapillaries. By using various nanostrcutures, we will study the charged particle transportation without the external eletric and magnetci field, i.e, deflecting, focusing and shaping of charged particle beams. This is directly related to producing the submicron-ion beams in the air for cell surgery, as well as the single ion implantation and the ion beam writing by using the nanocapillaries of various geometries as masks.

随着纳米技术的发展，纳米尺度上的微结构（如纳米微孔膜，单个纳米微孔，玻璃毛细管，单原子层固体材料）被广泛的使用于荷电粒子束与物质相互作用领域，这些纳米微结构为本领域带来了的前所未有的观察视角，也促使了新物理效应的发现。本项目立足于高电荷态离子与绝缘体微孔膜相互作用中的导向效应，以及最新发现的菱形和矩形纳米微孔对高电荷态离子束斑几何形状的成型效应。在无外接电场和磁场的情况下，直接采用菱形和矩形纳米微孔，以及单个横截面为正方形玻璃管等纳米微结构，研究其对高、低电荷态离子以及电子等荷电粒子束的偏转，聚焦以及成型的物理效应和机制，并探索纳米微结构作为荷电粒子束无场传输元件的可行性和有效性。从而为目前比较受关注的基于简单纳米微结构操控离子束的细胞治疗，操控单个高电荷态离子与表面相互作用产生规则的表面纳米结构等应用提供技术支持。

本项目立足于高电荷态离子与绝缘体微孔膜相互作用中的导向效应，以及最新发现的菱形和矩形纳米微孔对高电荷态离子束斑几何形状的成型效应。在无外接电场和磁场的情况下，直接采用菱形和矩形纳米微孔，以及单个横截面为正方形玻璃管等纳米微结构，研究其对高、低电荷态离子以及电子等荷电粒子束的偏转，聚焦以及成型的物理效应和机制，并探索纳米微结构作为荷电粒子束无场传输元件的可行性和有效性。目前发表了7篇SCI期刊论文，其中负责人为第一作者或通讯作者的文章6篇, 合作论文1篇,其中二区文章3篇。这个项目中完成了以下几项研究内容：.一、通过实验测量1.5 keV 电子穿越玻璃直管和锥管的二维角分布的时间演化, 研究了低能电子与绝缘玻璃管相互作用的动力学过程；采用新的具有常数锥角的玻璃锥管, 并对玻璃锥管进行了外表面导电屏蔽, 通过对电子穿越玻璃锥管的二维角分布随时间演化的观测, 研究了低能电子与玻璃管相互作用的机制。.二、研究了微孔内壁的沉积电荷和镜像电荷对穿越矩形截面纳米微孔金云母膜后的离子强度和角分布的影响, 并研究了离子穿越菱形截面微孔云母膜过程由导向到散射的转变过程。.三、对Cl-离子穿越Al2O3纳米微孔膜的过程进行了模拟研究，考虑了散射过程和电荷交换过程，模拟结果肯定了负离子穿越绝缘体微孔膜时没有像正离子一样的导向效应。.四、应用自制的静电计，在不影响静电势的情况下同时测量和监视Ar+离子束在玻璃管上充电过程中的静电势变化和穿透离子束强度。.这些结果为基于简单纳米微结构操控离子束的细胞治疗，操控单个高电荷态离子与表面相互作用产生规则的表面纳米结构等应用提供技术支持。