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科研進展

低維納米結構中的彈性應變效應

應變效應與材料和器件制造與生俱來,并在其使役過程不可避免。由于微、納米尺度的半導體材料能夠承載更大的應力、具有比其體材料更大的柔韌性等特點,随着半導體器件的不斷微型化,應變效應被顯著“放大”,并對其光電等物理性質産生巨大的影響。因此,深入開展低維納米結構中的彈性應變效應具有非常重要的意義。

應美國麻省理工大學著名華裔教授李巨、霍普金斯大學馬恩教授等客座編輯的系列特輯文章“Elastic strain engineering for unprecedented materials properties”的邀請概述,量子物質科學協同研究創新中心-beat365官方网站的俞大鵬教授、馮濟教授以及美國哥倫比亞大學電子工程系的James Hone教授一起撰寫了長篇概述性(Overview)文章,題目是“納米線與二維原子晶體中的應變效應-Elastically Strained Nanowires and Atomic Sheets”(MRS Bulletin 319,118,2014)。

該綜述性論文對目前低維超強柔性材料中取得的研究進展進行了高度總結,展望了低維納米結構中超強彈性應變效應的未來發展趨勢,對本研究方向具有很好的指導意義。該文章首先總結了beat365俞大鵬課題組自2005年以來在在一維金屬Ag納米線和ZnO半導體納米線的應變效應對材料光學和大學性質影響規律的中取得的系列研究進展:揭示了系統研究了Ag納米線強度特性(Physical Review B 73, 235409,2006)、應變梯度對ZnO納米線能帶結構調制規律(Advanced Materials 21, 4937,2009) ; Advanced Materials 24, 4707,2012); Scientific Reports 2, 452,2012))、彎曲應變對ZnO微米線光電響應速度增強(Nanoscale 5, 916,2013)、單軸應變對ZnO納米線聲子調制規律(ACS Nano 7, 8891,2013),也總結了GIT王中林教授組通過ZnO納米線陣列的彈性彎曲應變把機械能轉換成電能(Nature451, 908,2008)、加州伯克利大學吳軍橋研究組通過應變調整VO2納米線中的金屬-絕緣體相變(Nature Photonics13, 132,2009)等奇特的應變效應。該論文最後還分析總結了單原子層超強石墨烯等二維分子材料中的彈性應變效應,如世界上最強的人工材料-石墨烯(Science321, 358,2008)、石墨烯中納米鼓泡彈性應變誘導的量子化朗道能級及高達300特斯拉贋磁場(Science329, 544,2010)效應、應變引起單原子層MoS的材料的廣譜吸收太陽能漏鬥效應(Nature Photonics6, 866,2012)等現象進行了總結。

該系列文章由五個主題構成,分别是:1).Elastic strain engineering of ferroic oxides: Darrell G. Schlom(Cornell Universit), Long-Qing Chen(Penn State University), Craig J. Fennie(Cornell University), Venkatraman Gopalan(Penn State University) , David A. Muller(Cornell Universit), Xiaoqing Pan(University of Michigan),Ramamoorthy Ramesh(Oak Ridge National Laboratory) , and Reinhard Uecker(Leibniz Institute for Crystal Growth , Berlin);2).Strain scaling for CMOS:S.W. Bedell , A. Khakifi rooz , and D.K. Sadana (IBM T.J. Watson Research Center);3). Observing and measuring strain in nanostructures and devices with transmission electron microscopy: Martin J. Hÿtch (CEMES-CNRS, Toulouse) and Andrew M. Minor(University of California. Berkeley); 4).Stretching the energy landscape of oxides—Effects on electrocatalysis and diffusion: Bilge Yildiz(Massachusetts Institute of Technology);5).Elastically strained nanowires and atomic sheets:Dapeng Yu(Peking University), Ji Feng (Peking University), and James Hone(Columbia University)。上述系列概述性文章由beat365、哥倫比亞大學、MIT、康奈爾大學、霍普金斯大學、IMB Watson研究中心、濱州州立大學、橡樹嶺國家實驗室、密西根大學、加州伯克利大學、法國圖盧茲國家研究中心、德國晶體研究所等10家國際著名大學和研究機構的20位學者共同撰寫。

該工作得到了基金委重點項目、人工微結構與介觀物理國家重點實驗室的大力支持。


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