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長春應化所在納米尺度電子反常輸運研究上獲重要進展
 
    發布時間:2020-03-10 08:44:10    訪問次數:134     返回
        微電子技術依然是當今世界信息科學的主要支撐和核心技術,電子輸運行為與機制是其發展的基石。但集成電路發展到今天,受摩爾定律的嚴重制約,傳統電子學器件微縮可能即將面臨終結,新原理、新結構或新材料的電子學器件必將登上后摩爾時代的歷史舞臺。分子/納米電子學由此應運而生;但其工作原理主要基于經典的電子隧穿理論,其有效電子傳輸距離短(~2-4nm)、極易發生器件短路, 因此短期內存在發展瓶頸。由于量子力學機制的存在,納米級材料和器件中電子的形態及輸運行為常表現出非同尋常的特征;但由于理論的缺乏及實驗難度,人們迄今對其電子傳輸行為知之甚少,阻礙了納米電子學的應用發展。近期發展起來的等離激元學, 是一門新興前沿交叉學科;它能通過表面等離子體的激發將光轉化為可傳播的電信號,并能跨越鴻溝、在(亞)納米尺度上有效地將光子學與電子學融為一體,有望為未來電子學的發展和信息技術提供新的思路和革命性的解決方案。

    近期,中國科學院長春應用化學研究所金永東研究團隊在等離激元納米電子學研究領域取得重要進展。他們通過將幾納米厚的SiO2殼絕緣的Au納米粒子組裝成二維自支撐納米膜,并將其橫跨在上百微米間距的電極之間構成納米電子學器件,觀察到了一種非同尋常的二維平面電子傳輸行為(iScience,2018,8,213.)。最近,他們在此基礎上,設計構建了基于單層至三層的[email protected]2納米薄膜的疊層三明治型金屬結,通過一系列嚴格對比實驗、進一步深入揭示了等離激元介導的長程電子隧穿行為與機制。其電子隧穿距離長達29nm,是傳統電子隧穿理論(通常小于2nm)無法比擬的(~1076倍的隧穿幾率增強),顛覆了我們對傳統電子隧穿行為的認知。這一發現有望改變我們對納米尺度電子傳輸行為機制的認知和重新理解,并有望推動新型等離激元納米電路的構建與器件發展。相關原創成果以Unprecedented efficient electron transport across Au nanoparticles with up to 25-nm insulating SiO2-shells為題發表在Sci. Rep.上(C. P. Li, C. Xu, D. Cahen, Y. D. Jin*, Sci. Rep., 2019, 9: 18336. DOI: 10.1038/s41598-019-54835-2.)

    上述研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發項目以及中科院項目的支持。

(電分析化學國家重點實驗室)

 

二維[email protected]2納米薄膜平面隧穿結的制備流程及plasmonic電子隧穿機制示意圖



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