王成新教授团队实现在α-Al2O3上“编码”可擦除的纳米光电功能区

       在光电纳米材料领域,单个纳米线通常作为最小功能单元进行研究。如果通过某种方式将纳米线的特定区域进行有目的的改性,从而对其电子、光子特性进行有效编辑,那么单根纳米线有望成为功能集成体,而不仅仅是一个功能单元。而合适的材料平台以及“编辑”策略是当中的关键问题。最近,王成新教授团队在碳掺杂的α-Al2O3纳米线上,成功“编码”纳米级的光电功能区。

       由于Al2O3的电子绝缘特性,在高能聚焦电子束辐照下,二次电子的横向迁移产生巨大的辐射状电场,进而驱动晶体内氧离子内聚、结合并逃逸,导致色心聚集。阴极射线致发光显示,此区域为高强度的335nm (Al2O3晶体的F+心)发射区。通过导电原子力显微镜以及开尔文探针分析表明,“色心区”显示出超过~106的电导增强以及~30meV的表面电势差别。通过聚焦电子束曝光位置以及曝光时间的控制,可实现由点、线、面组成的复杂图案绘制。编码样品室温放置一年后,或者空气环境500℃下,特性均毫无衰减,另外,编码区域可借助于空气环境中退火(800℃)实现擦除,同样亦可多次复写。

       此项成果对材料的纳米光电子学研究,比如高分辨显示,探测,量子陷阱等领域有方法上的启示意义。相关论文以“Encoding Optoelectrical Sub-Components in an Al2O3 Nanowire for Rewritable High-resolution Nanopatterning”为题发表在材料物理与化学领域的权威期刊Nano Letters.(论文链接: https://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/acs.nanolett.8b00985),孙博(研二)为第一作者,孙勇研究员和王成新教授为通讯作者。评审人对其给予了很高的学术评价,“It is a very impressive work! ”;“I definitely believe that this manuscript can be published in Nano Letters.”

       本工作得到国家自然科学基金委大力支持!

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