（凝聚态物理专业论文）介观体系的电子结构和输运性质研究.pdf

论文题目： 专 j i k ： 博士生： 指导老师： 介观体系的电子结构和输运性质研究 凝聚态物理 张小伟 杨国伟教授 摘要 介观系统中的电子结构和输运性质研究是目前凝聚态物理和材料物理中的一个 热点。因为，随着半导体器件的小型化，器件尺寸缩小带来了诸多经典物理学所未 曾预料的问题，所以，介观尺寸的量子力学效应逐步取代宏观尺度的经典物理效应 成为决定器件性能的主要因素。 在本论文中，首先我们详细地介绍了l c a o 方法，通过建立体系的b l o c hs u m 来展开体系的哈密顿量，从而获得久期方程。然后以体硅材料为例，阐述了如何计 算原子轨道交叠积分，并计算了在s p 3 s + 紧束缚框架时所需的5 5 个交叠积分，列 在附录l 中，需要应用的时候只需要查询即可。我们在此基础上计算了体硅的能带 结构，以证明了这个方法可行性和精确度。 其次，我们把紧束缚方法应用到了纳米结构硅纳米线和石墨纳米带，其中 引入超原胞方法，对于边界悬挂键的问题采片j 了提高键能的方法处理。由于量子限 域效应，我们得到了硅纳米线的直接带隙。扶手椅形石墨带的能带结构随带宽变化 呈现出周期重复的“簇”性质，并且是金属性和半导体性并存。在计算之字形石墨 带时，我们改变饱和边界悬挂键的基团，采用亚甲基做单边饱和，发现了金属到半 导体的相变，并对其产生的物理机制做了说明。 再次，我们在第四章简单地介绍了输运理论之后，在第五章中计算了石墨带的 量子化电导。在计算扶手椅形石墨带时，我们采用的是传输矩阵方法。因此，在这 一章中，先介绍了传输矩阵的一般方法，再把它应用到石墨带的计算上。为了避免 矩阵的不可逆性，我们把扶手椅形石墨带的超原胞再细分成了四个部分，这样既避 免了矩阵不可逆，又减少计算量。计算结果表明，在金属性石墨带的电导曲线上存 在一个“边针”，它是由于零能时能带简并引起的；半导体性的石墨带则存在一个电 导沟，它和带隙的宽度一致。计算之字形边石墨带时采用的是格林函数的方法，我 们也介绍了这种方法，阐明了其迭代步骤。之后用它获得了之字形石墨带的电导曲 线。 最后，我们总结了本论文的主要工作并对本课题进行了展望。 关键词：紧束缚，电子结构，传输矩阵，输运性质，电导，格林函数。 t i u e ： m a j o r n a m e ： s u p e r v i s o r ： e l e c t r o n i cs t r u c t u r e sa n dt r a n s p o r tp r o p e r t i e s i nm e s o s c o p i cs y s t e m s c o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c s x i a o w e iz h a n g g u o w e iy a n g ，p r o f e s s o r a b s t r a c t e l e c t r o n i cs t r u c t u r ea n dt r a n s p o r tp r o p e r t i e si nm e s o s c o p i cs y s t e m sh a v eb e c a m e o n eo ft h eh o tt o p i c si nt h ec o n d e n s e dm a t t e rp h y s i c sa n dm a t e r i a l sp h y s i c s w i t ht h e d e c r e a s i n go ft h es i z eo fd e v i c e s ，t h em a c r o p h y s i c a le f f e c t sa r er e p l a c e db yq u a n t u m e f f e c t s t h e r e f o r e ，t h ep r e p a r a t i o na n dt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n so fv a r i o u sn a n o m a t e r i a l s a r es i g n i f i c a t i v e i nt h i sa r t i c l e ，f i r s t l yw ei n t r o d u c et h el c a o m e t h o d ，a n dt h e n ，c o n s t r u c tt h eb l o c h s u ma n dt h es e c u l a re q u a t i o no ft h es y s t e m sc o n s i d e r e di nt h i sa r t i c l e w es t a t eh o wt o c a l c u l a t et h eo v e r l a pi n t e g r a lm a t r i c e sa n dd i s p l a yt h e5 5m a t r i c e so fo v e r l a pm a t r i xo f s p 3 s + s c h e m ei na p p e n d i x1 t h eb a n ds t r u c t u r e so fs i l i c o nh a sb e e nc a l c u l a t e db a s e do n t h es p 3 d 5 ss c h e m eo f t i g h t b i n d i n gm e t h o d s e c o n d l y , t h ee l e c t r o n i cs t r u c t u r e so f s e v e r a ln a n o - s y s t e m sa r es t u d i e d w e i n t r o d u c et h es u p e r c e l lm e t h o da n dd e a lw i t ht h eb o u n d a r yc o n d i t i o n sw i t hr a i s i n gt h e e n e r g i e so fd a n g l i n gb o n d s t h ee d g es t a t e s ，w h i c hs t a y e do nt h eb a n dg a p ，a r er e m o v e d s u c c e s s f u l l y f o rag r a p h e n en a n o r i b b o n ，t h es i n g l e 兀s t a t e sa p p r o x i m a t i o na r eu s u a l l y e m p l o y e d b u ti tt h ee m p i r i c a ls p 3t i g h t b i n d i n gs c h e m es e e m sm o r ea p p r o a c h a b l et ot h e r e a l i t yo fg r a p h e n en a n o r i b b o n s i nt h i sa r t i c l ew ec a l c u l a t e db a n ds t r u c t u r e so fg r a p h e n e n a n o r i b b o n sw i t h a r m c h a i r ( a g n r ) a n dz i g z a g ( z g n r ) e d g e su s i n g t h e s p 3 t i g h t b i n d i n gs c h e m ea n da n a l y z e dt h en o v e lp r o p e r t i e so fb a n ds t r u c t u r e s e s p e c i a l l y ，a i i i m e t a l s e m i c o n d u c t o rt r a n s i t i o nw a sf o u n db yd i f f e r e n te n d e dr a d i c a l so nz g n r t h i r d l y , a f t e rb r i e fi n t r o d u c i n gt h et r a n s p o r tt h e o r y , w ec a l c u l a t e dt h et r a n s p o r t p r o p e r t i e so fz g n r a n da g n re m p l o y i n gt r a n s f e rm a t r i xm e t h o da n dr e c u r s i v eg r e e n s f u n c t i o n m e t h o d i n t e r e s t i n g l y ，t h es t e p l i k e c u r v e so fc o n d u c t a n c ee x h i b i t st h e c o n d u c t a n c ep l a t e a u s h ei n t e g e rm u l t i p l e s 。fg o = 等- nm em e t a n ；ca 洲r s ，a s i d e n e e d l ei sl o c a t e do nt h ec o n d u c t a n c ec u r v ea tt h ez e r oe n e r g y , w h i c hi sa t t r i b u t e dt o t h ed e g e n e r a t i o no fe i g e n s t a t e sa tt h ez e r oe n e r g y a l lc o n d u c t a n c ec u r v e so fz g n r s d r o p t oz e r od e p e n d e do nw h e t h e rno fz g n r sw i d t hi sa ne v e no rn o t k e y w o r d s ：t i g h t b i n d i n g ，e l e c t r o n i cs t r u c t u r e ，t r a n s f e rm a t r i x ，t r a n s p o r tp r o p e r t i e s ， c o n d u c t a n c e ，g r e e n sf u n c t i o n i v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：张、】、澎 日期：20 0 9 年f 月r 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版 和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入 学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：彩 、钐 日期：2 0 0 9 年月尸日 导师签名：采参辞沁 日期： 年莎月2 0 0 9 7 日 日期：年汐月 日 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完 成的成果，该成果属于中山大学物理科学与工程技术学院，受国家知识 产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利， 均须由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任何方 式，以任何单位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：彩小j 易 日期：20 0 9 年月f 日 第1 章、引言 1 1 、介观物理概述 第1 章、引言 自从1 9 7 6 年v a nk a m p e n 提出介观( m e s o s c o p i c ) 的概念以来，介观体系就越来越 成为各国物理学家们的研究热点。尤其是近二十年来，纳米材料的蓬勃发展，使与 之相关的研究发展成为凝聚态物理的一门新的分支：介观物理学 1 - 6 。直观上说， 介观系统是指尺寸介于宏观与微观之间的系统，它已经形成一个庞大的体系，所以 通常的情况下，纳米和介观的概念可以相提并论。纳米材料的研究范围通在l n m 至1 数 纳米左右，没有严格的界限。被研究的纳米材料至少要有一维处于纳米量级或由这 样的单元构成。 随着科学技术的飞速发展，人们制备电子元器件的尺寸越来越小。2 0 0 4 年，工 业界制造的微处理器的最小物理栅长就已经t 、至u 3 7 n m 7 ，全球最大的集成电路代工 厂t s m c $ l j 造出了栅长仅5 n m 的f i n f e t 8 ，器件的尺寸已经进入纳米量级。因而它在 当今的新材料研究领域最富有潜力，并将对未来经济和社会发展有十分重要的影响。 像碳纳米管、石墨带、硅纳米线以及一些导电分子材料，由于它们的独特的电学性 质而呈现出广阔的应用前景。如今，纳米材料与纳米技术已悄悄进入了我们的生活， 进入到衣、食、住、行等多个领域，它甚至影响了我们的传统的思维方式和生活方 式 9 - 1 1 。著名的物理学家钱学森曾经认为“纳米左右和纳米以下的结构将是下一 阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起2 1 世纪又一次产业革命”， 这个预言已经得到印证。 1 2 、纳米材料的物理特性 迅速发展的纳米材料，具有很多新的优良的物理性能，因此研究它们的新的特 第1 章、引 言 性和发展新的纳米材料就成为纳米科技的最重要的内容。由于材料尺寸的缩小带来 了许多新的物理特质： 1 、表面效应是这些问题之一 1 2 - 1 6 ，它是由于纳米颗粒表面原子数与总原子 数之比随着粒子直径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。因表面原子多处 于“裸露”的状态，周围缺少近邻原子，因此有许多的悬挂键，具有较好的化学活 性，非常容易和其它原子结合形成更加稳定结构。利用这种表面活性，一些纳米材 料颗粒有望成为新一代高效催化剂和储气材料。 2 、纳米尺寸下的量子特性。 a 、纳米器件的限域效应 1 7 - 2 0 。当器件尺寸缩小到纳米量级，量子力学效应 逐步取代原来的宏观物理效应，成为决定器件尺寸的主要因素。电子不能够被视作 经典的粒子，其波动性成为影响载流子分布，进而影响器件性能的重要因素。材料 的能带特性相对于体材料也产生了很大的畸变，这对材料的电磁学性能和光热性能 都有至关重要的作用。纳米材料也因此具有库仑阻塞效应，隧穿效应，发光蓝移等 b 、电导率量子化 1 9 8 8 年，荷兰物物理学家b j v a nw e e s 等 2 1 3 和英国物理学家d w h a r a m 等 2 2 3 几乎同时报导了量子点接触实验中的电导量子化现象，如图卜1 。一个非常显著的特 征阶梯模式被发现。这以后对纳米体系的电导率量子化的理论研究才真正发展起来。 l a n d a u e r 2 3 - 2 5 3 和k u b o 2 6 等人在这方面做出了杰出的工作。直到现在，大部分对 纳米结构输运性质的研究都是基于此二人提出的理论。 童 毒 甜 - 。 u 譬 0 3 盎 善 u g a t ev o l ? g ef v i 图1 11 9 8 9 年b j y a l lw e e s 等人测量的量子点接触电导曲线。 2 第1 章、引言 c 、热导量子化 电导量子化早已被实验与理论计算证实，但纳米结构的热导研究却相对落后。 1 9 9 8 年，r e g o 2 5 ，2 6 采用l a n d a u e r 输运理论从理论上预测了低温下一维量子线中 声子的热导率是量子化的。2 0 0 0 年，s c h w a b 2 7 改变了t i g h e 等人的方法 2 8 - 3 0 1 ， 在极低的温度下使用超灵敏度的超导仪器清楚地观察了氮化硅纳米线的热导，证实 了一些理论物理学家关于低温下量子线中热导率量子化的预测。 d 、库伦阻塞效应 3 1 - 3 5 3 在通常情况下，一个中性的导体在加入一个电子只需要一个很弱的外力。电子 加入之后它会在导体周围产生一个电场以阻止另外的电子加入。我们知道，电场的 强度和距离成反比，一般的情况下这个电场不会很强妈。但当导体的尺寸小到纳米 量级时，即使电荷只有基本电荷的量值e 1 6 0 x 1 0 - 1 9 c ，也会在纳米颗粒周围产生 很强的电场。例如真空中，在1 0 n m 带电荷e 的球体表面电场强度可以达到 1 4 0 k v c m 。因此别的电子要再想进入颗粒就非常困难。 当然还有很多其它的特性，这里不再枚举。 1 3 、几种典型的纳米体系 1 3 1 、二维电子气 对介观系统的研究有不少一部分是基于g a a s a i g a a s 界面处形成的二维电子 气( t w od i m e n s i o n a le l e c t r o ng a s ，2 d e g ) 3 6 3 8 ，如图1 2 所示，在图( b ) 中我们示 意地画出了没有发生荷迁移之前的导带和价带图。很明显，在n a i g a a s 中，费米 能比g a a s 的高。当两者形成异质结时，在界面处就会发生电荷转移，有电子从 n a i g a a s 流向g a a s 。在n a i g a a s 一端形成一个带正电的电荷层，而在g a a s 一端 因得到电子而形成一个带负电的电荷层。因此在界面处就有电场存在，它会阻止电 子继续转移。当达到平衡时，两端的费米能一样，能带结构在界面处变形，如图 1 - 2 ( c ) 。在界而处会形成一个高电子密度的电荷薄层，这就是2 d e g ，它的电子浓度 范围在1 0 1 0 佗数量级。这种结构在实际技术上的重要性是可以制造场效应晶体管 第1 章、引言 等高迁移率电子器件。2 d e g 是只在一个方面上限域，而在另处两个方向上电子没 有任何约束的纳米系统。 ( a ) ( b ) 图l 一2 ( a ) n 型a i g a a s 和本征g a a s 异质结结构示意图。 ( b ) 和( c ) 发生电荷转移之前和之后的导带和价带图。注意( b ) 和( c ) 足截而图。 1 3 2 、一维纳米结构 e c e 。 随着科学技术和器件制备工艺的发展，人们已经有能力制备径度很小的准一维 纳米结构。1 9 9 1 年，i i j i m a 3 9 发表了对碳纳米管的直接观测结果发各，很快便引起 全世界关注。碳纳米管具有很优良的性能，比如比钢更大的硬度、超小的尺寸，奇 特的电性能等，使它表现出广阔的应用前景。硅纳米线也是一种典型的准一维结构， 实验上生长出的硅纳米大多数表面包裹着一层氧化物。经h f 酸处理后，硅表面的 悬挂键被h 饱和。通常硅纳米的生长可以取各种晶向，比较常见的有 4 第1 章、引 言 ( 1 0 0 ) ，( 11 0 ) ，( 1 l1 ) ，( 11 2 ) 等。2 0 0 3 年，d d d m a 等【4 0 】在s c i e n c e 上撰文，报导他们制 备出了的直径为l n m 左右的硅纳米线，并确定了它的带隙。最近，石墨纳米带【4 l - 4 4 】 也引起研究者兴趣。由于碳纳米管就是用石墨片卷曲形成，因此石墨带物理特性和 碳纳米管有一些有相似之处，比如都有半导体和金属性并存的情况。但石墨带并没 有碳纳米管那么多的种类，研究得最多的是扶手椅形和之字形边界的情况，它也是 本论文研究的对象。图1 3 是几种准一维纳米结构的示意图。 ( a )( b ) ( c ) 图l - 3 几种纳米结构示意图。( a ) 之字形边界石墨带，( b ) 碳纳米管，( c ) 硅纳米线 1 3 3 、零维纳米结构 当一维纳米结构在生长方向也受到限制时，将塌缩成零维结构【4 5 】。事实上不 可能存在无穷长的准一维纳米结构，当轴向的长度减小到和径向尺寸可以比拟时， 就可以视作一个零维的量子点。此时，倒格子和布早渊区的概念失去意义，也不存 第1 章、引 言 在什么能带，体系的能量本征值是一个一个离散的能级。因此量子点也表现出一些 更高维纳米结构没有物性。 1 4 、纳米材料的制备方法 正因为纳米材料的诸多不同寻常的物理性质，对它的制备蓬勃兴起，制备方法 更是五花八门，日新月异。其方法主要有以下几种： 1 、气相法 4 6 - 4 7 气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气体状态下 发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。它具有如 下的特点：表而清洁、粒度整齐、粒径分布窄、粒度容易控制、颗粒分散性好。主 要的方法有气体中蒸发法，化学气相反应法，化学气相凝聚法。 2 、液相法 4 8 - 4 9 液相法是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配 制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、 水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶的脱水或者加热 分解而得到所需材料粉体。它设备简单、可控性强、成本低、产品纯度高、适合大 量制备的特点而备受青赖。 3 、固相法 5 0 - 5 1 固相法是一种传统的制粉工艺，通过从固相至固相的变化来制造粉体，在制备 过程中并不是通过发生相变来获得粉体。固相法按其加工的工艺特点又可分为机械 粉碎法和固相反应法两类。机械粉碎法是用碎机将原料直接研磨成超细粉。固相反 应法是把金属盐或金属氧化物按配方充分混合，经研磨后再进行煅烧发生固相反应 后，直接得到或再研磨后得到超细粉。 这些制备技术的发展让我们看纳米材料应用的曙光，另一方面，对纳米材料的 理论模拟计算工作也相应不断发展，用计算指导工艺成为纳米技术的大势所趋。 6 第1 章、引 言 1 5 、计算纳米材料学 计算纳米材料学是通过一些算法或软件进行模拟计算，从而验证或预言纳米材 料某些物性的科学。它的兴起已经成为多学科发展的共同要求。当器件的尺寸缩小 到介观尺寸时，量子效应已很明显，原来宏观的物理理论不再适用，因此在量子力 学的范围内寻找合适的算法是一种趋势。而找到一种快速并具有一定精度的算法， 获取一批典型的材料和纳米结构的能带特性，成为开发下一代基于量子力学的器件 模拟程序的客观需要。 计算材料学涉及材料的各个方面，如不同层次的结构、各种性能等等，因此， 有很多相应的计算方法。在进行材料计算时，首先要根据所要计算的对象、条件、 要求等因素选择适当的方法。目前常用的计算方法包括第一原理从头计算法，分子 动力学方法，蒙特卡洛方法，有限元分析等。其中第一原理的密度泛函理论 5 2 - 5 3 3 在近二十年得到了长足的发展，并在未知结构物理特性的预测中显现出巨大的优势， 且有多个商业软件面世，如v a s p ，w i n 2 k 等。 对于材料电子结构的计算，传统的固体物理方法也提供了不少方法，如赝势理 论 5 4 和被称作露夕微扰的能带计算理论 5 5 ，5 6 3 等。在这些方法中，能够以原子为 基本单元，体现原子实际排列方式对能带参数影响的数值算法成为研究者兴趣的聚 焦点。考察这些方法的可行性、精确程度和算法效率将为下一代器件仿真程序打下 良好的基础。 1 6 、本论文的研究对象与方法 1 、研究对象 在本论文中我们选取了硅纳米线和石墨纳米带作为研究对象。硅作为一种半导 体材料，它的纳米结构最近二十年来被广泛地研究。2 0 0 3 年，d d d m a 等人使用氧 化辅助方法制备出了直径在1 3 n m 左右的硅纳米线，并用扫描隧道谱( s c a n n i n g t u n n e l i n gs p e c t r o s c o p y ，s t s ) 确定了它的态密度和带隙。最近，o y a o 等人 5 7 用第一 7 第1 章、引 言 性原理方法对不同形状截面的( 11 0 ) 方向硅纳米线的带隙拟合了一个普适的表达式， 这为实验上指导意义不言而喻。在电子输运方面，m a r t i ne p e r s s o n 等人 5 8 用第三 近邻的紧束缚印3 框架，使用l a n d a u e r 公式计算了不同朝向粗糙表面硅纳米线的输 运性质。虽然对硅纳米线的研究工作很多，但仍然有许多的问题需要阐明。本论文 中我们采用s p 3 以+ 紧束缚框架，对硅纳米线的能带结构进行了计算。石墨纳米带也 是最近研究得很多的一个热点。通常的情况，之字形边和扶手椅形边的石墨带是理 论计算的首选模型，因为它们非常容易得到且模型建立简单。许多的理论计算表明， 扶手椅形边的石墨带的电子结构和纳米带的宽度有关，是金属性和半导体性并存， 而之字形边的石墨带则全部都是金属性的。磁性性质也是众位研究者关注的焦点。 在本论文中，我们采用矿的紧束缚框架建立石墨带的哈密顿量来获得体系的电子 性质，然后基于这个紧束缚哈密顿量，应用传输矩阵和格林函数的方法计算石墨带 的电子输运性质。 2 、本论文的主要内容和章节安排 在本论文的第二章中，我们先简单介绍了对比了k p 微扰理论，第一性原理， 等几种计算电子结构方法的优劣。然后再着重阐述紧束缚方法的基本原理，详细地 推导了体系的久期方程的建立过程。最后以体硅材料为例，计算了它的能带结构， 并例举了交叠积分的计算方法。在计算体硅材料能带结构时，分别使用印3 框架和 更加精确的s p j s + 紧束缚框架。 第三章中我们把s p 协+ 紧束缚框架运用到了纳米结构。首先我们引入超原胞的 概念，在此基础上建立体系的b l o c hs u m ，展开体系的哈密顿量。在此过程中我们 对硅纳米线的边界悬挂键采取提高键能的方法进行处理。计算体统的哈密顿量，得 到了硅纳米的能带结构。然后我们对石墨带的能带结构进行了计算，获得了扶手椅 形边石墨带的奇特的电子结构；对之字形纳米带，我们研究了h 饱和悬挂键和亚甲 基饱和悬挂键时的电子结构。 输运理论我们将在第四章作简单的陈述。主要是介绍l a n d a u e r 公式和透射系数 的获得。k u b o 理论这里我们不作介绍。 在第五章中我们对石墨带的电子输运性质进行计算。首先介绍传输矩阵方法的 一般理论，并用它计算了扶手椅形边界石墨带的输运特性：然后对迭代的格林函数 8 第1 章、引 言 方法作了介绍，之后计算了之字形边界石墨带的输运性质。 全文的总结和对未来的展向在第六章给出。 9 第1 章、引 言 参考文献： 【l 】d a t t ad e l e c t r o n i ct r a n s p o r ti nm e s o s c o p i cs y s t e m s c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ， 2 0 0 2 【2 】i m r yy i n t r o d u c t i o nt om e s o s c o p i cp h y s i c s o x f o r du n i v e r s i t yp r e s s ，2 0 0 2 【3 】杜磊，庄奕琪纳米电子学电子i q k 出版社，2 0 0 4 【4 】l e v ylp ，d o l a ng e ta 1 m a g n e t i z a t i o no fm e s o s c o p i cc o p p e rr i n g s ：e v i d e n c ef o r p e r s i s t e n tc u r r e n t s p h y s r e v l e t t ，19 9 0 ，17 ：2 0 7 4 - 2 0 7 7 【5 】k a n ec ，b a l e n t sl c o u l o m bi n t e r a c t i o n sa n dm e s o s c o p i ce f f e c t si nc a r b o n n a n o t u b e s p h y s r e v l e r 19 9 7 ，7 9 ：5 0 8 6 5 0 8 9 【6 】a k k e r m a n se ，m o n t a m b a u xgm e s o s c o p i cp h y s i c so fe l e c t r o n sa n dp h o t o n s c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ，2 0 0 7 【7 】i n t t e c h r o a d m a pf o rs e m i c o n d ，2 0 0 4 【8 】y a n gfl ，l e edh ，c h e nh y e ta 1 5 r i m g a t en a n o w i r ef i n f e t i n ：d i g e s to f t e c h n i c a lp a p e r s ，s y m p o nv l s it e c h n o l o g y , 2 0 0 4 ，19 6 - q9 7 【9 】g l e i t e rh n a n o s t r u c t u r e dm a t e r i a l s a c t a 【j 】m a t a l l u r g i as i n i c a ，19 9 7 ，3 3 ：3 0 【l o 】李斗星，平德海纳米固体材料的显微结构电子显微报，1 9 9 7 ，1 6 ( 3 ) ：2 5 5 【1 1 】王翠，纳米科学技术与纳米材料概述延边大学学报，2 0 0 1 ，2 7 ( 1 ) ：6 6 【1 2 】罗忠富，黄锐，无机纳米粒子填充聚合物的研究进展功能高分子学报，1 9 9 8 ， l l ：5 5 5 5 6 0 【13 d e m a g g i ogb ，f r i e z ewe ，g i d l e ydw ，e ta 1 i n t e r f a c ea n ds u r f a c ee f f e c t so n t h eg l a s st r a n s i t i o ni nt h i np o l y s t y r e n ef i l m s p h y s r e v l e t t 19 9 7 ，7 8 ：15 2 4 - 15 2 7 【14 b o d k e rf ，m o r u ps ，l i n d e r o t hs s u r f a c ee f f e c t si nm e t a l l i ci r o nn a n o p a r t i c l e s p h y s r e v l e t t ，19 9 4 ，7 2 ：2 8 2 2 8 5 1 0 第1 章、引言 【15 b u c k l e yd h s u r f a c ee f f e c t si na d h e s i o n ，f r i c t i o n ，w e a r , a n dl u b r i c a t i o n e l s e v i e r , 1 9 8 1 【16 z h a n gp s h a mtk x - r a ys t u d i e so ft h es t r u c t u r ea n de l e c t r o n i cb e h a v i o ro f a l k a n e t h i o l a t e - e a p p e dg o l dn a n o p a r t i c l e s ：t h ei n t e r p l a yo fs i z ea n ds u r f a c ee f f e c t s p h y s r e vl e t t ，2 0 0 3 ，9 0 ：2 4 5 5 0 2 1 - 2 4 5 5 0 2 4 【17 t a k a g a h a r at ，t a k e d ak t h e o r yo ft h eq u a n t u mc o n f i n e m e n te f f e c to ne x c i t o n si n q u a n t u md o t so fi n d i r e c t - g a pm a t e r i a l s 19 9 2 ，4 6 ：15 5 7 8 【18 】t i w a r is ，r a n af ，c h a nk ，s h il ，h a n a f ih s i n g l ec h a r g ea n dc o n f i n e m e n te f f e c t s i nn a n o 。c r y s t a lm e m o r i e s a p p l p h y s l e t t ，19 9 6 ，6 9 ：12 3 2 【1 9 k i mtyp a r knm ，k i mkh ，s u n ggy ，a kyw js e o n gty q u a n t u m c o n f i n e m e n te f f e c to fs i l i c o nn a n o c r y s t a l si n s i t ug r o w ni ns i l i c o nn i t r i d ef i l m s a p p l p h y s l e t t ，2 0 0 4 ，8 5 ：5 3 5 5 【2 0 1 t u l k k ij ，h e i n a m 蕴k ia c o n f i n e m e n te f f e c ti naq u a n t u mw e l ld o ti n d u c e db ya ni n p s t r e s s o r , p h y s r e v b ，1 9 9 5 ，5 2 ：8 2 3 9 - 8 2 4 3 【21 v a nw e e sb j e ta l ，q u a n t i z e dc o n d u c t a n c eo fp o i n tc o n t a c t si nat w o - d i m e n s i o n a l e l e c t r o ng a s p h y s r e v l e t t ，19 8 8 ，6 0 ：8 4 8 【2 2 1 w h a r a md ，e ta 1 o n e - d i m e n s i o n a lt r a n s p o r ta n dt h eq u a n t i s a t i o no ft h eb a l l i s t i c r e s i s t a n c e j p h y s c ，19 8 8 ，21 ：l 2 0 9 【2 3 b u t t i k e rm f o u r - t e r m i n a lp h a s e - c o h e r e n tc o n d u c t a n c e p h y s r e v l e t t ，19 8 6 ， 5 7 ：1 7 6 1 【2 4 b u t t i k e rm ，i m r yyl a n d a u e rr ，p i n h a ss g e n e r a l i z e dm a n y c h a n n e lc o n d u c t a n c e f o r m u l aw i t ha p p l i c a t i o nt os m a l lr i n g s p h y s r e v b ，19 8 5 ，31 ：016 3 - 18 2 9 【2 5 l a n d a u e r r c o n d u c t a n c ea sac o n s e q u e n c eo fi n c i d e n tf lu x i b mj 第1 章、引言 r e s d e v e l o p ，l9 5 7 【2 6 k u b or s t a t i s t i c a l - m e c h a n i c a lt h e o r yo fi r r e v e r s i b l ep r o c e s s e s i g e n e r a lt h e o r y a n ds i m p l ea p p l i c a t i o n st om a g n e t i ca n dc o n d u c t i o np r o b l e m s j p h y s s o c j p n 19 5 7 ， l2 ：5 7 0 5 8 6 【2 5 r e g olgk i r c z e n o wc ，e ta 1 q u a n t i z e dt h e r m a lc o n d u c t a n c eo fd i e l e c t r i c q u a n t u mw i r e s p h y s r e v l e t t ，1 9 9 8 ，8 1 ( 1 ) ：2 3 2 - 2 3 5 2 6 r e g olcg k i r c z e n o wgf r a c t i o n a le x c l u s i o ns t a t i s t i c sa n dt h eu n i v e r s a lq u a n t u m o ft h e r m a lc o n d u c t a n c e ：au n i f ya p p r o a c h p h y s r e v b ，19 9 9 ，5 9 ：13 0 8 0 13 0 8 6 【2 7 s c h w a bk ，h e n r i k s e nea ，w o r l o c kjm ，e ta 1 m e a s u r e m e n to ft h eq u a n t u mo f t h e r m a lc o n d u c t a n c e n a t u r e ，2 0 0 0 ，4 0 4 ：9 7 4 - 9 7 7 【2 8 t i g h ets ，w o r l o c kjm ，e ta 1 d i r e c tt h e r m a lc o n d u c t a n c em e a s u r e m e n t so n s u s p e n d e dm o n o c r y s t a l l i n en a n o s t r u c u r e s a p p l p h y s l e t t ，19 9 7 ，7 0 ( 2 0 ) ：2 6 8 7 - 2 6 8 9 【2 9 h o l m e sw ，g i l d e m e i s t e rjm ，r i c h a r d spl m e a s u r e m e n t so ft h e r m a lt r a n s p o r ti n l o ws t r e s ss i l i c o nn i t r i d ef i l m s a p p l p h y s l e t t ，19 9 8 ，7 2 ( 18 ) ：2 2 5 0 - 2 2 5 2 【3 0 1 l e i v omm ，p e k o l ajp t h e r m a lc h a r a c t e r i s t i c so fs i l i c o nn i t r i d em e m b r a n e s a t s u b k e l v i nt e m p e r a t u r e s a p p l p h y s l e t t ，l9 9 8 ，7 2 ( 1i ) ：l3 0 5 一l 3 0 7 【31 】l i k h a r e vkk s i n g l e - e l e c t r o nd e v i c e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n s ，p r o c e e d i n g so ft h e l e e e ，l9 9 9 ，8 7 ：6 0 6 - 6 3 2 【3 2 a v e r i ndvl i k h a r e vkk c o u l o m bb l o c k a d eo fs i n g l e - e l e c t r o nt u n n e l i n g ，a n d c o h e r e n to s c i l l a t i o n si ns m a l lt u n n e lj u n c t i o n s j l o