Nanorészecskék fizikája, kvantumkémiai effektusok redukált dimenziók esetén
description
Transcript of Nanorészecskék fizikája, kvantumkémiai effektusok redukált dimenziók esetén
Nanorészecskék fizikája, kvantumkémiai effektusok
redukált dimenziók esetén
Már a Nyugatrómai Birodalomban is nanotechnológiát használtak
(bár semmit sem tudtak a plazmonokról).
Altenberg katedrális üveg ablaka
üvegben oldott arany részecskék
A néhány nm nagyságú Au részecskék felületi plazmon-gerjesztése okozza ezt a spektrális tulajdonságot.
Az optikai tulajdonságok méretfüggőek
(redukált dimenziók, kvantummechanika).
Csillám felületen hordozott Ag nanorészecskék optikai viselkedése a hordozó felületével párhuzamos és arra merőleges plazmonok gerjesztésével értelmezhető.
Szűk méreteloszlás
plazmon: az elektronok (elektron felhő) kollektív rezgése az atomtörzsek (mint pozitíven töltött részecskék) felett
A felhasadás oka az, hogy a részecske nem gömb alakú, vagyis a részecske magassága más mint az átmérője.
Néhány nevezetes nanorészecske, ahol mind az elektron-szerkezet, mind a geometria különleges tulajdonságokat mutat
C60 fullerén
Au6 Si7 Al13
Alapállapotban egy elektron többletet tar-talmaz, szerkezetileg a benzol gyűtűre emlé-keztet, s nem a tömbi arany fcc szerkezetére.
e-
Ötfogású bi-biramis szerkezet, 1.5 eV széles tilltott sávot mutat.
Ikosaéder, ötfogású szimmetria, mágneses tulajdonságot mutat, ellentétben a tömbi aluminiummal.
A méretcsökkentéssel eljutva a 10 nm alatti tartományban a kiterjedt testekre jellemző folytonos sávszerkezet egyre diszkrétebbé válik.
Ha az elektronokat síkhullámként kezeljük, akkor a kvantummechanika egyik alapproblémájához jutunk, nevezetesen a dobozba zárt részecske problematikájához. Ennek vizsgálata vezetett a szilárdtestek elektron sávelméletéhez.
Amennyiben a az elektron centrális elektromos erőtérbe helyezzük, eljutunk az atomok körüli stabil elektronpályák fogalmához. Ez pedig minden atom és molekula spektroszkópia alapja.
Miért érdekes a redukált dimenziójú (a 3D kiterjedés egy vagy több irányban atomi méretű) objektumok fizikai-kémiája ?
(szokás beszélni elektron „confinement”-ről is„bezárt elektron” )
3 D tömb 2D vékonyréteg 0D kvantumpötty nanorészecske
A kvantumos szerkezet nemcsak elektronikai és optikai alkalmazásokban fontos, de bizonyos esetekben különleges kémiai tulajdonságokat is eredményezhet.
Néhány atomos klaszterek tanulmányozása fotoelektronspektroszkópiával(a „vizsgálati tárgyak”-at, a nanoklasztereket klaszterforrásokkal állíthatjuk elő)
3d4s
closed shell
adott anyag, különböző klaszterméret
különböző anyag, adott klaszterméret
Hogyan lehet vizsgálni az oxid felületen kötött egyedi fém-nanorészecskék elektronikai tulajdonságait ?
a tiltott sáv szélességének változása a részecske méretével
Optikai spektroszkópiai módszerek esetén szűk méreteloszlásnak kell lenni !
STS-módszerrel az egyedi klaszterek is vizsgálhatók !
Az egyelektron tranzisztor elve és fizikai analógiái Tranzisztor elv: egy kapu elektródával szabályozzuk az elektron áramlást
Egyelektron eszköz esetében egyetlen elektron átjutását szabályozzuk ilyen módon Fizikai analógiát a elektronikában a kondenzátorok fizikája jelenti
Egyelektron eszköz: kvantum számítógép / elve és megvalósítási nanotechnológiája B.E. Kane javasolta egy Nature-ben (1998) megjelent
cikkében
a technológia elvi lépései
a technológia STM-el kontrollált megvalósítása
Magspin I=1/2, ami a közelében kötött elektronnal zérussá változik, de ez csak alacsony hőmérsékleten megy. A rendszert mágneses térbe helyezve a magspin két jó definiált állapotot ad, amelyet nagyfrekvenciás gerjesztéssel váltogatni lehet.A J elektródákra adott feszültséggel lehet hangolni a szomszédos szegmensek átfedését. Természetes a működéshez egy ugyanilyen de azonos spinbeállású alkatrész is szükséges.
Nanorészecskék, nanostrukturált felületek alkalmazási területei
nanorészecske
vékonyfilmekenergiatárolók
fotokatalízis
nemlineári optikai jelenségekkemoelektromos
jelenségek
fotoelektromos
színjelenségek
gázszenzorok
levegőtisztítás
mikro-nanoelektronika
kvantumpötty lézerek
egyelektron tranzisztorokmonitorok,
kijelzők
Napelemek,
korroziógátló, kemény és mágneses bevonatok
hidrogén tárolók
üzemanyag cellák
nanorészecske