电动力学NanoImage幻灯片资料

纳米结构的镜像势李志兵中山大学光电材料与技术国家重点实验室中山大学物理科学与工程技术学院，广州

全国高校第十二届《电动力学》研讨会（2009泉州）主要合作者王伟良，黄海鸣致谢：本研究得到“纳米科学”国家重大基础研究发展计划项目(2007CB935500)，自然科学基金（10674182,90103028,90306016）助资。内容简单镜像势镜像势在场电子发射中的效应纳米结构的镜像势举例碳纳米管的镜像势碳60的镜像势4.小结（2）电介质平面的镜像势时回到金属平面的结果（3）金属球的镜像势QQ’-Q’Rrr’PQQ’oabRrr’R0P中性、绝缘接地时回到金属平面的结果镜像势在界面处发散——因为宏观的静电理论在原子尺度不适用费米能真空能电子的交换关联能起作用纳米结构偏离无穷大界面，也使镜像势变复杂。2.镜像势在场电子发射中的效应1.1场电子发射（FE）1928ThreepapersontunnellingTheoryofcoldfieldelectronemission(FowlerandNordheim).Theoryoffieldionization(Oppenheimer).Theoryofalpha-particleemissionfromnuclei(Gamov).阴极阳极阴极WorkfunctionFermilevel真空半导体J.C.She,N.S.Xu,S.E.Hug,S.Z.Chen,JunChenNanostructuresMortorolaInc.1.2应用

平面显示，全息电子显微,平行电子刻蚀，微波管，微量原子探测等NEC，中山大学中山大学3.5英寸Midgley&Dunin-Borkowski,2009magneticinductionmapsofgeologicalandbiogenicmagneticparticles.fromasinglebacterialcell镜像势对场发射有重要影响不仅降低势垒,还会诱生镜像态(imagestate).A.Mayer,M.S.Chung,N.Kumar,B.L.Weiss,N.M.Miskovsky,andP.H.Cutler,JournalofVacuumScience&TechnologyB25(1),109(2007)纳米尖端的镜像势与理想金属平面不同C.J.EdgcombeandA.M.Johansen,JournalofVacuumScience&TechnologyB21(4),1519(2003)经典电动力学计算自由电子气模型经典电动力学高估了金属平面的镜像势.Y.Gohda,Y.Nakamura,K.Watanabe,andS.Watanabe,PhysicalReviewLetters85(8),1750(2000)3.纳米结构的镜像势举例碳纳米管的镜像势(多尺度第一性原理计算)C60的镜像势(第一性原理计算)模型（1）碳纳米管的镜像势(7,0)SWCNT镜像电荷SWCNT尖端的密立根电荷分布。横坐标是原子层的序号，每一层有7个原子。(a)

外加电场为0V/μm(b)11V/μm碳纳米管在不同电场下的真空势垒(a)有镜像势（点线）和无镜像势（实线）时(7,0)SWCNT的势垒。从上到下对应的外加电场为0V/μm,11V/μm,15V/μm.(b)同(a),但对应(4,4)SWCNT,从上到下对应的外加电场为0V/μm,7V/μm,13V/μm.(c)同(a),但对应(5,5)SWCNT,从上到下对应的外加电场为0V/μm,7V/μm,11V/μm.(d)同(a),对应(5,5)闭口SWCNT,从上到下对应的外加电场为0V/μm,12V/μm,(7,0)□,(4,4)○,(5,5)△开口SWCNTs,(5,5)闭口SWCNT☆,和单个碳原子■的镜像势,与r=0.04nm(黑线)和r=0.08nm(灰线)的理想金属球,和理想金属平面(dottedline)的镜像势的比较.碳纳米管镜像势J.Appl.Phys.2008镜像势对电流大小的影响SWCNT(7,0)open(4,4)open(5,5)open(5,5)cappedAppliedfield(V/μm)111571371112Emissioncurrent(μA)

withoutimagepotential7.8×10-41.4×10-16.7×10-188.1×10-22.3×10-181.4×10-31.9×10-5Emissioncurrent(μA)

withimagepotential6.1×10-36.1×10-14.9×10-175.2×10-12.4×10-171.2×10-21.9×10-4发射电流相差一个数量级！孤立C60的镜像势试探电荷对着不同发射点A.正五边行中点B.棱的中点C.原子接地C60的镜像势孤立C60镜像势黑色——五边形中心红色——棱的中点绿色——原子点蓝色——单个孤立C原子浅蓝色——理想金属平面*）纳米材料镜像势与发射点无关*）纳米材料镜像势不同于金属*）镜像势不仅由于个别原子极化产生接地C60孤立C60孤立金属球接地金属球孤立金属球能拟合C60接地金属球不能！C60带电量与发射电子距离的关系z=0.2nmz=1.2nm能级严重依赖于总电子数——量子关联效应接地C604.小结纳米结构中的镜像势有很大的效应计算纳米结构中的