纳米技术及其应用-第二章.ppt

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1、第第2章章 纳米结构单元纳米结构单元 人造原子人造原子人造原子人造原子团簇与纳米微粒团簇与纳米微粒团簇与纳米微粒团簇与纳米微粒第第2章章 回答三个问题：回答三个问题：1 1、什么是原子团簇？什么是原子团簇？什么是原子团簇？什么是原子团簇？2 2、纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸一一一一般般般般定定定定义义义义在在在在什什什什么么么么范范范范围围围围？纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒的的的的特特特特性性性性与与与与其其其其相相相相应应应应的的的的块块块块体体体体材材材材料料料料是是是是否否否否完完完完全全全全相相相相同同同同？为为为为什什什什么？么？么？么？3 3、人人人

2、人造造造造原原原原子子子子与与与与实实实实际际际际的的的的原原原原子子子子有有有有什什什什么么么么异异异异同同同同点点点点？研研研研究究究究人人人人造造造造原子有什么意义？原子有什么意义？原子有什么意义？原子有什么意义？第第2章章 2.1 2.1 原子团簇原子团簇原子团簇原子团簇Back2.2 2.2 纳米微粒纳米微粒纳米微粒纳米微粒 2.3 2.3 纳米管、纳米棒、纳米丝、同纳米管、纳米棒、纳米丝、同纳米管、纳米棒、纳米丝、同纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆和纳米带轴纳米电缆和纳米带轴纳米电缆和纳米带轴纳米电缆和纳米带2.4 2.4 人造原子人造原子人造原子人造原子 第第2章章 2.1

3、原子团簇原子团簇Back2.1 团簇团簇1 1）概念）概念）概念）概念 （1 1）原子团簇是什么？原子团簇是什么？原子团簇是什么？原子团簇是什么？原子团簇的粒径小于或等于原子团簇的粒径小于或等于原子团簇的粒径小于或等于原子团簇的粒径小于或等于1nm1nm1nm1nm，是由几个至几百个原子，是由几个至几百个原子，是由几个至几百个原子，是由几个至几百个原子组成的聚集体，是一类新发现的化学物种。组成的聚集体，是一类新发现的化学物种。组成的聚集体，是一类新发现的化学物种。组成的聚集体，是一类新发现的化学物种。（2 2）它是分子吗？它是分子吗？它是分子吗？它是分子吗？NoNo.分子具有特定大小和形状分子

4、具有特定大小和形状分子具有特定大小和形状分子具有特定大小和形状,而原子团簇形状多种多样。而原子团簇形状多种多样。而原子团簇形状多种多样。而原子团簇形状多种多样。（3 3）它是分子团簇吗？它是分子团簇吗？它是分子团簇吗？它是分子团簇吗？NoNo.分子团簇里分子和分子之间是弱的结合力，而原子团簇分子团簇里分子和分子之间是弱的结合力，而原子团簇分子团簇里分子和分子之间是弱的结合力，而原子团簇分子团簇里分子和分子之间是弱的结合力，而原子团簇里原子之间是强的化学键结合的。里原子之间是强的化学键结合的。里原子之间是强的化学键结合的。里原子之间是强的化学键结合的。（4 4）它是晶体吗？它是晶体吗？它是晶体吗

5、？它是晶体吗？NoNo.晶体的周期性很强晶体的周期性很强晶体的周期性很强晶体的周期性很强,而原子团簇尚未形成规整的晶体。而原子团簇尚未形成规整的晶体。而原子团簇尚未形成规整的晶体。而原子团簇尚未形成规整的晶体。2.1 团簇团簇原子团簇的许多性质既不同于单个原子、分子，也不原子团簇的许多性质既不同于单个原子、分子，也不原子团簇的许多性质既不同于单个原子、分子，也不原子团簇的许多性质既不同于单个原子、分子，也不同于固体和液体，也不能用两者性质作简单线性外延和同于固体和液体，也不能用两者性质作简单线性外延和同于固体和液体，也不能用两者性质作简单线性外延和同于固体和液体，也不能用两者性质作简单线性外延

6、和内插来得到。内插来得到。内插来得到。内插来得到。团簇可看成是介于原子、分子与宏观物质之间的物质团簇可看成是介于原子、分子与宏观物质之间的物质团簇可看成是介于原子、分子与宏观物质之间的物质团簇可看成是介于原子、分子与宏观物质之间的物质结构的新层次，是各种物质由原子、分子向大块物质转结构的新层次，是各种物质由原子、分子向大块物质转结构的新层次，是各种物质由原子、分子向大块物质转结构的新层次，是各种物质由原子、分子向大块物质转变的过渡状态。变的过渡状态。变的过渡状态。变的过渡状态。也可以说，原子团簇代表着凝聚态物质的初始状态，也可以说，原子团簇代表着凝聚态物质的初始状态，也可以说，原子团簇代表着凝

7、聚态物质的初始状态，也可以说，原子团簇代表着凝聚态物质的初始状态，有人称之为有人称之为有人称之为有人称之为“物质的第五种状态物质的第五种状态物质的第五种状态物质的第五种状态”。原子团簇具有量子。原子团簇具有量子。原子团簇具有量子。原子团簇具有量子尺寸效应和幻数效应。尺寸效应和幻数效应。尺寸效应和幻数效应。尺寸效应和幻数效应。2.1 团簇团簇FeFen nCuCun nS SmmC Cn nHHmmC C6060C C7070原子团簇的形状：原子团簇的形状：原子团簇的形状：原子团簇的形状：多种多样！多种多样！多种多样！多种多样！线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状线状、层状、管状、洋葱状、骨架

8、状、球状线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状原子原子团簇团簇的原的原子间子间是以是以强化强化学键学键紧密紧密结合结合在一在一起的起的2.1 团簇团簇1 1）原子团簇概念总结）原子团簇概念总结）原子团簇概念总结）原子团簇概念总结 原子团簇是一类新发现的化学物种，是指粒径小于或等于原子团簇是一类新发现的化学物种，是指粒径小于或等于原子团簇是一类新发现的化学物种，是指粒径小于或等于原子团簇是一类新发现的化学物种，是指粒径小于或等于1nm1nm，由几个至几百个原子组成的聚集体，它不同于：，由几个至几百个原子组成的聚集体，它不同于：，由几个至几百个原子组成的聚集体

9、，它不同于：，由几个至几百个原子组成的聚集体，它不同于：具有特定大小和形状的分子具有特定大小和形状的分子具有特定大小和形状的分子具有特定大小和形状的分子 分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇分子间以弱的结合力结合的松散分子团簇 周期性很强的晶体周期性很强的晶体周期性很强的晶体周期性很强的晶体原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶原子团簇的形状可以是多种多样的，它们尚未形成规整的晶体，除了惰性气体（范德瓦尔斯

10、键）外，它们都是以体，除了惰性气体（范德瓦尔斯键）外，它们都是以体，除了惰性气体（范德瓦尔斯键）外，它们都是以体，除了惰性气体（范德瓦尔斯键）外，它们都是以化学键化学键化学键化学键紧密结合的聚集体。紧密结合的聚集体。紧密结合的聚集体。紧密结合的聚集体。2.1 团簇团簇2 2）幻数：）幻数：）幻数：）幻数：在团簇质谱分析中，有某些特殊原在团簇质谱分析中，有某些特殊原在团簇质谱分析中，有某些特殊原在团簇质谱分析中，有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明具子数的团簇的强度呈现峰值，表明具子数的团簇的强度呈现峰值，表明具子数的团簇的强度呈现峰值，表明具有这些特定原子（分子）数目的团簇有这些特定原子

11、（分子）数目的团簇有这些特定原子（分子）数目的团簇有这些特定原子（分子）数目的团簇具有特别高的热力学稳定性，所含的具有特别高的热力学稳定性，所含的具有特别高的热力学稳定性，所含的具有特别高的热力学稳定性，所含的原子数称为原子团簇的原子数称为原子团簇的原子数称为原子团簇的原子数称为原子团簇的“幻数幻数幻数幻数”。XeXe团簇的质谱（所标数字为幻数）团簇的质谱（所标数字为幻数）团簇的质谱（所标数字为幻数）团簇的质谱（所标数字为幻数）构成原子团簇的原子数称为幻数构成原子团簇的原子数称为幻数构成原子团簇的原子数称为幻数构成原子团簇的原子数称为幻数。2.1 团簇团簇碳簇的幻数有：碳簇的幻数有：碳簇的幻数

12、有：碳簇的幻数有：2020、2424、2828、3232、3636、5050、6060和和和和7070。众多的碳簇中以众多的碳簇中以众多的碳簇中以众多的碳簇中以C C6060最为稳定最为稳定最为稳定最为稳定 2.1 团簇团簇3)3)原子团簇的分类原子团簇的分类原子团簇的分类原子团簇的分类 一元原子团簇一元原子团簇一元原子团簇一元原子团簇 二元原子团簇二元原子团簇二元原子团簇二元原子团簇 多元原子团簇多元原子团簇多元原子团簇多元原子团簇 金属团簇（如金属团簇（如金属团簇（如金属团簇（如NaNan n,Ni,Nin n等）等）等）等）非金属团簇非金属团簇非金属团簇非金属团簇碳簇（如碳簇（如碳簇（如

13、碳簇（如C C6060,C C7070等）等）等）等）非碳簇（如非碳簇（如非碳簇（如非碳簇（如B B簇、簇、簇、簇、P P簇、簇、簇、簇、S S簇、簇、簇、簇、SiSi簇等）簇等）簇等）簇等）第第2章章 2.2 纳米微粒纳米微粒Back2.2 纳米微粒纳米微粒1 1）纳米微粒的概念）纳米微粒的概念）纳米微粒的概念）纳米微粒的概念 纳米微粒的尺度一般定义为纳米微粒的尺度一般定义为纳米微粒的尺度一般定义为纳米微粒的尺度一般定义为1 1100nm100nm。纳米微粒的结晶状态纳米微粒的结晶状态:纳米微粒的形貌纳米微粒的形貌:晶态、非晶态、准晶态等等晶态、非晶态、准晶态等等晶态、非晶态、准晶态等等晶态

14、、非晶态、准晶态等等以球形和类球形为主，形貌多种多样以球形和类球形为主，形貌多种多样以球形和类球形为主，形貌多种多样以球形和类球形为主，形貌多种多样2.2 纳米微粒纳米微粒纳米微粒仅仅是大块物质的尺寸缩小吗纳米微粒仅仅是大块物质的尺寸缩小吗？2.2 纳米微粒纳米微粒2 2）纳米微粒的特有性质）纳米微粒的特有性质）纳米微粒的特有性质）纳米微粒的特有性质 当颗粒尺寸小到纳米量级的时候，就会产生一些不当颗粒尺寸小到纳米量级的时候，就会产生一些不当颗粒尺寸小到纳米量级的时候，就会产生一些不当颗粒尺寸小到纳米量级的时候，就会产生一些不同于传统固体的特有性质。同于传统固体的特有性质。同于传统固体的特有性质

15、。同于传统固体的特有性质。纳米微粒的热、磁、光、纳米微粒的热、磁、光、纳米微粒的热、磁、光、纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于正常的粒子敏感特性和表面稳定性等不同于正常的粒子敏感特性和表面稳定性等不同于正常的粒子敏感特性和表面稳定性等不同于正常的粒子（由此便（由此便（由此便（由此便产生了纳米微粒的许多新的应用前景）。产生了纳米微粒的许多新的应用前景）。产生了纳米微粒的许多新的应用前景）。产生了纳米微粒的许多新的应用前景）。2.2 纳米微粒纳米微粒热学性质、磁学性质和光学性质热学性质、磁学性质和光学性质a.a.纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规的纳米微粒的熔点、开始烧

16、结温度和晶化温度均比常规的纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规的纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规的粉体要低得多粉体要低得多粉体要低得多粉体要低得多。b.b.纳米微粒奇异的磁特性主要表现在它具有超顺磁性或者纳米微粒奇异的磁特性主要表现在它具有超顺磁性或者纳米微粒奇异的磁特性主要表现在它具有超顺磁性或者纳米微粒奇异的磁特性主要表现在它具有超顺磁性或者高的矫顽力。高的矫顽力。高的矫顽力。高的矫顽力。c.c.纳米微粒具有大块物体所不具备的新的光学特性纳米微粒具有大块物体所不具备的新的光学特性纳米微粒具有大块物体所不具备的新的光学特性纳米微粒具有大块物体所不具备的新的光学特性。纳

17、米微粒这些奇异的特性均归因于纳米微粒的几大效纳米微粒这些奇异的特性均归因于纳米微粒的几大效纳米微粒这些奇异的特性均归因于纳米微粒的几大效纳米微粒这些奇异的特性均归因于纳米微粒的几大效应：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量应：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量应：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量应：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，而由此产生的这些新的特性，又使得纳子隧道效应，而由此产生的这些新的特性，又使得纳子隧道效应，而由此产生的这些新的特性，又使得纳子隧道效应，而由此产生的这些新的特性，又使得纳米微粒在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新型米微

18、粒在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新型米微粒在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新型米微粒在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新型材料等方面具有广阔的应用前景。材料等方面具有广阔的应用前景。材料等方面具有广阔的应用前景。材料等方面具有广阔的应用前景。GO2.2 纳米微粒纳米微粒热学性质热学性质1 1、常规银的熔点为、常规银的熔点为、常规银的熔点为、常规银的熔点为1233K1233K（约（约（约（约960960），），），），纳米银的熔点呢纳米银的熔点呢纳米银的熔点呢纳米银的熔点呢？纳米银微粒的熔点可以低于纳米银微粒的熔点可以低于373K373K！(100oC)2 2、大块铅的熔点为、大块铅

19、的熔点为、大块铅的熔点为、大块铅的熔点为600K600K，而，而，而，而20nm20nm球形铅微粒的熔球形铅微粒的熔点呢？点呢？20nm 20nm球形铅微粒的熔点低于球形铅微粒的熔点低于288K288K！(15oC)3、为什么纳米微粒熔点急剧下降、为什么纳米微粒熔点急剧下降？体积小体积小!由于颗粒小，由于颗粒小，由于颗粒小，由于颗粒小，纳米微粒表面原子数纳米微粒表面原子数纳米微粒表面原子数纳米微粒表面原子数多，多，多，多，表面能高表面能高表面能高表面能高。表面。表面。表面。表面原子近邻配位不全，原子近邻配位不全，原子近邻配位不全，原子近邻配位不全，活性大，而纳米微粒活性大，而纳米微粒活性大，而

20、纳米微粒活性大，而纳米微粒体积远远小于大块体体积远远小于大块体体积远远小于大块体体积远远小于大块体材料，因此纳米微粒材料，因此纳米微粒材料，因此纳米微粒材料，因此纳米微粒熔化时所增加的内能熔化时所增加的内能熔化时所增加的内能熔化时所增加的内能小得多，所以纳米微小得多，所以纳米微小得多，所以纳米微小得多，所以纳米微粒熔点急剧下降。粒熔点急剧下降。粒熔点急剧下降。粒熔点急剧下降。一、纳米微粒的熔点一、纳米微粒的熔点一、纳米微粒的熔点一、纳米微粒的熔点2.2 纳米微粒纳米微粒热学性质热学性质二、纳米微粒的二、纳米微粒的烧结温度烧结温度烧结温度烧结温度降低降低降低降低三、纳米微粒的三、纳米微粒的晶化温

21、度晶化温度晶化温度晶化温度降降降降低低低低 常规的氧化铝烧结温度在常规的氧化铝烧结温度在19732073K，而纳米氧化，而纳米氧化铝可以在铝可以在14231673K之间烧结，致密度可达之间烧结，致密度可达99.0以上。以上。常规常规Si3N4烧结温度高于烧结温度高于2273K，纳米氮化硅烧结温度，纳米氮化硅烧结温度降低降低400-500K。2.2 纳米微粒纳米微粒磁学性质磁学性质纳米微粒尺寸小到一定的临界值时进入超顺磁状态纳米微粒尺寸小到一定的临界值时进入超顺磁状态纳米微粒尺寸小到一定的临界值时进入超顺磁状态纳米微粒尺寸小到一定的临界值时进入超顺磁状态 。镍微粒的矫顽力与颗粒直径镍微粒的矫顽力

22、与颗粒直径d d的关系曲线的关系曲线 2.2 纳米微粒纳米微粒磁学性质磁学性质超顺磁状态的起源超顺磁状态的起源超顺磁状态的起源超顺磁状态的起源是什么？是什么？是什么？是什么？由于在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能由于在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能由于在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能由于在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可向比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方可向比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方可向比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方可向比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，磁化方向将呈现超起伏，结果导致超顺磁性向上，磁化方向将呈现超起伏，结

23、果导致超顺磁性向上，磁化方向将呈现超起伏，结果导致超顺磁性向上，磁化方向将呈现超起伏，结果导致超顺磁性的出现。不同种类的纳米粒子呈现超顺磁的临界尺的出现。不同种类的纳米粒子呈现超顺磁的临界尺的出现。不同种类的纳米粒子呈现超顺磁的临界尺的出现。不同种类的纳米粒子呈现超顺磁的临界尺寸是不相同的。然而，当纳米微粒尺寸高于超顺磁寸是不相同的。然而，当纳米微粒尺寸高于超顺磁寸是不相同的。然而，当纳米微粒尺寸高于超顺磁寸是不相同的。然而，当纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸并处于单畴状态时，通常呈现高的矫顽力。临界尺寸并处于单畴状态时，通常呈现高的矫顽力。临界尺寸并处于单畴状态时，通常呈现高的矫顽力。临界尺寸

24、并处于单畴状态时，通常呈现高的矫顽力。2.2 纳米微粒纳米微粒光学性质光学性质宽频带吸收宽频带吸收宽频带吸收宽频带吸收 纳米金属粒子呈现黑色。纳米金属粒子呈现黑色。纳米金属粒子呈现黑色。纳米金属粒子呈现黑色。蓝移现象蓝移现象蓝移现象蓝移现象 纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的峰值红外吸收纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的峰值红外吸收纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的峰值红外吸收纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的峰值红外吸收波数分别为波数分别为波数分别为波数分别为814cm814cm-1-1和和和和794 cm794 cm-1-1。纳米微粒可出现常规材料没有的新的发纳米微粒可出现常规材料没有的新的发纳米

25、微粒可出现常规材料没有的新的发纳米微粒可出现常规材料没有的新的发光现象光现象光现象光现象 1990 1990年，日本佳能公司年，日本佳能公司年，日本佳能公司年，日本佳能公司:6nm:6nm硅颗粒硅颗粒硅颗粒硅颗粒 室温观察到室温观察到室温观察到室温观察到波长波长波长波长800nm800nm附近有一强发光带，当粒径大于附近有一强发光带，当粒径大于附近有一强发光带，当粒径大于附近有一强发光带，当粒径大于6nm6nm这种这种这种这种发光消失。随着尺寸减小，发光消失。随着尺寸减小，发光消失。随着尺寸减小，发光消失。随着尺寸减小，4nm Si 4nm Si 发光带的短波侧发光带的短波侧发光带的短波侧发光

26、带的短波侧已延伸到可见光范围。已延伸到可见光范围。已延伸到可见光范围。已延伸到可见光范围。纳米微粒分散物系的光学性质纳米微粒分散物系的光学性质纳米微粒分散物系的光学性质纳米微粒分散物系的光学性质 溶胶；丁达尔效应溶胶；丁达尔效应第第2章章2.3 纳米管、纳米棒、纳米丝、纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆同轴纳米电缆 和纳米带和纳米带Back2.3 纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆和纳米带纳米管、纳米棒、纳米丝、同轴纳米电缆和纳米带 碳纳米线碳纳米线同轴纳米电缆同轴纳米电缆(Y.Deng,et al.J.Phys.Chem.Solids 2003,64,607)半导体半导体ZnOZnO纳米

27、带纳米带 “纳纳米米带带”的的横横截截面面是是一一个个窄窄矩矩型型结结构构，带带宽宽为为3030至至300300纳纳米米，厚厚5 5至至1010纳纳米米，而而长长度度可可达几毫米。达几毫米。（Wang Z.L.,et al.Science,2001,291,1947）第第2章章2.4 人造原子人造原子 Back2.4 人造原子人造原子人造原子是人造原子是20世纪世纪90年代提出来的一个新概念，有时称为年代提出来的一个新概念，有时称为量子点。量子点。人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们尺人造原子是由一定数量的实际原子组成的聚集体，它们尺寸小于寸小于100nm。uu 研究人造原子的意义

28、研究人造原子的意义研究人造原子的意义研究人造原子的意义 当当体体系系的的尺尺度度可可以以与与物物理理的的特特征征量量相相比比拟拟时时，量量子子效效应应十十分分显显著著。人人造造原原子子中中电电子子的的波波动动性性得得到到充充分分发发挥挥，电电子子不不能能再再被被看看成成经经典典粒粒子子。当当大大规规模模集集成成电电路路细细化化到到100nm左左右右，传传统统观观念念、原原理理将将不不再再适适用用，量量子子力力学学原原理理将将起起重重要要作作用用,电电子子在在这这样样一一个个细细微微体体系系（人人造造原原子子）中中的的运运动动规规律律，经典物理学将难以解释。经典物理学将难以解释。2.4 人造原子

29、人造原子uu 人造原子与真正原子的异同点人造原子与真正原子的异同点人造原子与真正原子的异同点人造原子与真正原子的异同点 两个类似点：两个类似点：两个类似点：两个类似点：1 1）人人人人造造造造原原原原子子子子有有有有离离离离散散散散的的的的能能能能级级级级，电电电电荷荷荷荷也也也也是是是是不不不不连连连连续续续续的的的的，电电电电子子子子在在在在人人人人造原子中是以轨道的方式运动，这与真正原子极为相似。造原子中是以轨道的方式运动，这与真正原子极为相似。造原子中是以轨道的方式运动，这与真正原子极为相似。造原子中是以轨道的方式运动，这与真正原子极为相似。2 2）电电电电子子子子填填填填充充充充的的

30、的的规规规规律律律律与与与与真真真真正正正正原原原原子子子子相相相相似似似似，服服服服从从从从洪洪洪洪德德德德（HundHund）定定定定则。（注：最多轨道原则）则。（注：最多轨道原则）则。（注：最多轨道原则）则。（注：最多轨道原则）2.4 人造原子人造原子五个不同点：五个不同点：五个不同点：五个不同点：1)1)人造原子含有一定数量的真正原子；人造原子含有一定数量的真正原子；人造原子含有一定数量的真正原子；人造原子含有一定数量的真正原子；2)2)人造原子的形状和对称性多种多样，真正的原子可以人造原子的形状和对称性多种多样，真正的原子可以人造原子的形状和对称性多种多样，真正的原子可以人造原子的形

31、状和对称性多种多样，真正的原子可以用简单的球形和立方形来描述，而人造原子不局限于用简单的球形和立方形来描述，而人造原子不局限于用简单的球形和立方形来描述，而人造原子不局限于用简单的球形和立方形来描述，而人造原子不局限于这些简单形状。除了高对称性的量子点外，凡是尺寸这些简单形状。除了高对称性的量子点外，凡是尺寸这些简单形状。除了高对称性的量子点外，凡是尺寸这些简单形状。除了高对称性的量子点外，凡是尺寸小于小于小于小于100nm100nm的低对称性复杂形状的微小体系都可以称的低对称性复杂形状的微小体系都可以称的低对称性复杂形状的微小体系都可以称的低对称性复杂形状的微小体系都可以称为人造原子为人造原

32、子为人造原子为人造原子;3)3)人造原子电子间强的交互作用比实际的原子要复杂得人造原子电子间强的交互作用比实际的原子要复杂得人造原子电子间强的交互作用比实际的原子要复杂得人造原子电子间强的交互作用比实际的原子要复杂得多，随着人造原子中原子数目的增多，电子轨道间距多，随着人造原子中原子数目的增多，电子轨道间距多，随着人造原子中原子数目的增多，电子轨道间距多，随着人造原子中原子数目的增多，电子轨道间距减小，强的库仑排斥和系统的限域效应和泡利不相容减小，强的库仑排斥和系统的限域效应和泡利不相容减小，强的库仑排斥和系统的限域效应和泡利不相容减小，强的库仑排斥和系统的限域效应和泡利不相容原理使电子自旋朝

33、着同样的方向进行有序排列原理使电子自旋朝着同样的方向进行有序排列原理使电子自旋朝着同样的方向进行有序排列原理使电子自旋朝着同样的方向进行有序排列;2.4 人造原子人造原子4)4)实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造实际原子中电子受原子核吸引作轨道运动，而人造原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱原子中电子是处于抛物线形的势阱中，具有向势阱底部下落的趋势，由于库仑排斥作用，部分电子处底部下落的趋势，由于库仑排

34、斥作用，部分电子处底部下落的趋势，由于库仑排斥作用，部分电子处底部下落的趋势，由于库仑排斥作用，部分电子处于势阱上部，弱的束缚使它们具有自由电子的特征于势阱上部，弱的束缚使它们具有自由电子的特征于势阱上部，弱的束缚使它们具有自由电子的特征于势阱上部，弱的束缚使它们具有自由电子的特征;5)5)人造原子还有一个重要的特点就是放入一个电子或人造原子还有一个重要的特点就是放入一个电子或人造原子还有一个重要的特点就是放入一个电子或人造原子还有一个重要的特点就是放入一个电子或者拿出一个电子很容易引起电荷涨落，放入一个电者拿出一个电子很容易引起电荷涨落，放入一个电者拿出一个电子很容易引起电荷涨落，放入一个电者拿出一个电子很容易引起电荷涨落，放入一个电子相当于对人造原子充电，这些现象是设计单电子子相当于对人造原子充电，这些现象是设计单电子子相当于对人造原子充电，这些现象是设计单电子子相当于对人造原子充电，这些现象是设计单电子晶体管的物理基础。晶体管的物理基础。晶体管的物理基础。晶体管的物理基础。本本 章章 要要 点点 回回 顾顾1.原子团簇原子团簇2.纳米微粒纳米微粒3.人造原子人造原子4.人造原子与实际原子的人造原子与实际原子的异同点异同点Back