目錄
前言
第1章 引言 1
1.1 納米科技：一場(chǎng)可能的新產(chǎn)業(yè)革命 1
1.2 納米的概念 3
1.3 納米尺度材料的新特性 5
1.4 納米科學(xué)與技術(shù) 10
1.5 納米科技的歷史 12
參考文獻(xiàn) 19
第2章 團(tuán)簇物理 20
2.1 原子團(tuán)簇的概念 21
2.2 團(tuán)簇的表體比 24
2.3 團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和幻數(shù) 26
2.4 團(tuán)簇的光吸收和光電子譜 34
2.5 團(tuán)簇的熱力學(xué)與“相變” 42
2.6 納米粒子 49
參考文獻(xiàn) 51
第3章 納米結(jié)構(gòu)制備:“由底向上”的途徑 52
3.1 獲得納米結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)途徑 52
3.2 納米粒子的氣相制備 53
3.3 納米粒子的尺寸分布及尺寸選擇 62
3.4 納米粒子的化學(xué)合成 66
3.4.1 溶液反應(yīng)法制備納米粒子 67
3.4.2 噴霧法制備納米粒子 73
3.5 納米粒子的團(tuán)聚與分散 76
參考文獻(xiàn) 82
第4章 低維納米結(jié)構(gòu)及其制備與組裝 84
4.1 低維納米結(jié)構(gòu) 84
4.2 一維納米結(jié)構(gòu) 86
4.3 一維納米結(jié)構(gòu)制備 88
4.3.1 一維納米結(jié)構(gòu)的氣相制備 89
4.3.2 一維納米結(jié)構(gòu)的液相制備 89
4.3.3 其他一維納米結(jié)構(gòu)的制備方法 92
4.4 一維納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)機(jī)制 93
4.5 二維納米結(jié)構(gòu) 97
4.6 二維納米結(jié)構(gòu)的自組裝 100
4.6.1 自組裝單層膜 101
4.6.2 納米粒子自發(fā)有序 104
4.6.3 嵌段共聚物自組裝 105
4.6.4 Stranski-Krastanov 生長(zhǎng)法 107
4.6.5 模板引導(dǎo)的自組裝 111
4.7 納米固體 114
參考文獻(xiàn) 115
第5章 微納米加工 117
5.1 半導(dǎo)體器件特征尺寸的縮小 117
5.2 光學(xué)曝光的基本工藝流程 118
5.3 光學(xué)曝光的分辨率極限 121
5.4 極端紫外光學(xué)曝光與X 射線光學(xué)曝光 124
5.5 電子束曝光 125
5.6 聚焦離子束加工 128
5.7 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù) 130
5.8 分辨率增強(qiáng)技術(shù) 133
參考文獻(xiàn) 136
第6章 掃描探針顯微術(shù) 137
6.1 材料顯微分析技術(shù)及其分辨率極限 137
6.2 掃描探針顯微鏡的特點(diǎn) 139
6.3 掃描隧道顯微鏡的原理 141
6.4 掃描隧道顯微鏡的構(gòu)造 144
6.5 掃描隧道顯微鏡的工作模式 147
6.6 掃描隧道顯微鏡達(dá)到原子分辨的途徑 148
6.7 原子力顯微鏡的原理 149
6.8 原子力顯微鏡的構(gòu)造 150
6.9 原子力顯微鏡的工作模式與成像模式 152
6.10 原子力顯微鏡探針 154
6.11 掃描探針顯微鏡家族 156
6.12 基于掃描探針顯微鏡的納米加工 158
參考文獻(xiàn) 160
第7章 納米結(jié)構(gòu)的電子性質(zhì) 161
7.1 固體能帶的起源 161
7.1.1 金屬自由電子理論 161
7.1.2 能帶的形成 163
7.2 金屬納米粒子的量子尺寸效應(yīng)：Kubo 理論 165
7.2.1 尺寸減小導(dǎo)致電子能級(jí)的明顯分立 165
7.2.2 量子體系電子能級(jí)的統(tǒng)計(jì)學(xué)和熱力學(xué) 167
7.3 量子限制效應(yīng) 170
7.3.1 不同維度材料的電子結(jié)構(gòu)特征 170
7.3.2 量子點(diǎn)的量子限制效應(yīng) 172
7.4 特征長(zhǎng)度和相干長(zhǎng)度 174
7.4.1 輸運(yùn)性質(zhì)的經(jīng)典理論 174
7.4.2 與電子輸運(yùn)相關(guān)的特征長(zhǎng)度 176
7.5 彈道輸運(yùn) 178
7.6 Landauer-Büttiker 公式 180
7.7 量子干涉 184
7.8 庫(kù)侖阻塞與單電子學(xué) 187
7.8.1 庫(kù)侖阻塞與單電子學(xué)的基本概念 187
7.8.2 單電子隧道結(jié) 188
7.8.3 電流偏置隧道結(jié)：庫(kù)侖振蕩 189
7.8.4 觀察到庫(kù)侖阻塞和庫(kù)侖振蕩的條件 191
7.8.5 電壓偏置的串聯(lián)單電子隧道結(jié)：庫(kù)侖臺(tái)階 192
參考文獻(xiàn) 194
第8章 納米結(jié)構(gòu)的磁性 195
8.1 物質(zhì)的磁性 196
8.2 團(tuán)簇的磁矩 197
8.3 單疇極限 200
8.4 各向異性 201
8.5 超順磁性 202
8.6 交換作用 204
8.7 巨磁電阻 205
參考文獻(xiàn) 209
第9章 納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì) 211
9.1 材料的光學(xué)性質(zhì) 211
9.1.1 固體的基本光學(xué)參數(shù) 211
9.1.2 固體的光吸收 213
9.1.3 固體發(fā)光 215
9.2 半導(dǎo)體量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì) 216
9.2.1 半導(dǎo)體量子點(diǎn)的能帶結(jié)構(gòu) 217
9.2.2 半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的光吸收 218
9.2.3 半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光 221
9.2.4 Ⅳ族半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu) 223
9.3 金屬表面等離激元 224
9.3.1 等離激元的基本概念 224
9.3.2 Drude 模型 225
9.3.3 介質(zhì)金屬界面的表面等離激元 226
9.4 局域表面等離激元 229
9.4.1 金屬納米粒子的表面等離激元共振 229
9.4.2 表面等離激元共振的影響因素 232
9.5 耦合表面等離激元 237
9.6 近場(chǎng) 238
9.7 近場(chǎng)光學(xué)顯微 241
9.8 局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng) 243
9.9 表面增強(qiáng)拉曼光譜 246
9.9.1 表面增強(qiáng)拉曼散射的機(jī)理 246
9.9.2 SERS 增強(qiáng)因子 249
9.9.3 針尖增強(qiáng)拉曼光譜 249
9.10 等離激元增強(qiáng)發(fā)光 251
9.10.1 表面等離激元與熒光分子的作用 252
9.10.2 金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光的作用 253
9.11 非線性光學(xué)增強(qiáng) 254
參考文獻(xiàn) 256
第10章 富勒烯與碳納米管 260
10.1 共價(jià)鍵理論 260
10.2 碳的同素異構(gòu)體 263
10.3 富勒烯 265
10.4 碳納米管的制備 269
10.5 碳納米管的結(jié)構(gòu) 271
10.6 異型單壁碳納米管 276
10.7 碳納米管的電學(xué)性質(zhì) 278
10.7.1 單壁碳納米管的電子能帶結(jié)構(gòu) 278
10.7.2 單壁碳納米管的電學(xué)性質(zhì) 280
10.8 碳納米管的力學(xué)性質(zhì) 281
10.9 碳納米管的熱學(xué)性質(zhì) 283
參考文獻(xiàn) 284