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表面纳米结构的自组装生长


□ 郭建东

  摘 要无论是对低维基本物理以及其中新奇量子现象的探索与认识,还是微电子工业水平的持续发展,都迫切地需要掌握一种能够精确、可靠地操控表面纳米结构的方法.自组织生长,即粒子聚集时由于介观尺度力场或受限运动作用而导致的自发有序现象,在原子尺度上可以实现对纳米结构的精确控制,而在介观尺度上又可以调节这些微观结构单元的组织构型.文章结合作者近年来在表面纳米结构生长与物理性质研究方面所做过的工作,从自组织生长的原理出发,介绍了对金属纳米线、有序分子薄膜以及合金量子点阵列生长进行人工操控的方法.
  关键词表面纳米结构,吸附与迁移,表面重构
  
  Self-|organized growth of surface nanostructures
  
  GUO Jian-|Dong
  (Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China)
  AbstractTo control the growth of surface nanostructures precisely and dependably is crucial for the exploration of fundamental physics and novel quantum phenomena in low-dimensional systems, as well as for the continuable development of the microelectronic industry. Self-|organized growth, an autonomous order phenomenon mediated by mesoscale force fields or kinetic limitations in growth processes, enables the control of nanostructures on the atomic scale and their organization at mesoscale levels. Starting from our recent study of the growth and properties of surface nanostructures we discuss both the basic physics of self-|organized growth and the controllability of metal nanowires, ordered molecule films, and arrays of metal alloy nanodots. 
  
  Keywordssurface nanostructures, adsorption and diffusion, surface reconstruction
  
  近年来人类信息产业的兴旺发展依赖于功能器件单元尺寸持续不断的小型化.如今这一发展趋势面临着越来越严峻的挑战,微电子与数据磁存储器件的尺寸已经接近了传统工艺制作的极限.在原子或分子的尺度上构造功能器件,并且理解体系的结构、稳定性与形成机理,进而探索成熟可靠且简便易行的制备过程与控制条件,是科学家们目前所面临的最迫切而又振奋人心的课题之一.所以新兴的纳米科技从最初就受到了广泛的关注,相关的现代化精密仪器也得到了飞速的发展,其中尤为重要的就是以扫描隧道显微镜(STM)为代表的扫描探针技术的发明[1,2].借助于STM可以实现对单个原子/分子的成像甚至操纵,进而可以研究纳米材料的结构特征对其功能的支配性影响[3—5].纳米技术的蓬勃发展一方面使得传统的“由上而下”(top-down)的工艺有可能实现尺寸小于100 nm器件的制作,比如电子束书写以及超紫外光甚至X射线光刻技术[6]都可以达到极高的空间分辨率;另一方面,借助于对低维系统生长机理认识的深入,高空间分辨率精密仪器的成功应用还直接促进了新型“由下而上“(bottom-up)工艺的[7]诞生.“由下而上”的工艺技术以原子或分子为单元,通过精确控制有限数量基本单元的结合,将其“组装”成具有特殊性能的纳米结构.这是一种由体系本征性质决定的生长过程,比如分子通过自发结合形成超大分子构型的过程(一般称为“自组装”)[8,9],以及粒子聚集时由于介观尺度力场或受限运动作用而导致的自发有序现象(一般称为“自组织生长”)[10]等.
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摘自:物理 2008年第02期  
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