纳米科学技术概论平时作业03

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1、学号3110104088姓名黄锐班级电自1101成绩平时作业-03（第2周）2014-05-05第1题：1）简述历史上推动经典物理学发展到量子物理学的3个重要物理现象；2）分别简述解决这些问题的：A）科学家是谁？B）采用了哪些假设？C）这些假设蕴含的量子理论的概念与思维？第2题：1）简述“量子隧道效应”基本概念；2）画出扫描隧道显微镜（STM）的工作示意图;3）通过查找文献（列出文献信息）例子，扼要地举例说明STM对原子或分子的操纵过程。1.1）A、黑体辐射问题；B、光电效应；C、原子的线光谱和原子结构2）A、黑体辐射问题①

2、普朗克；②黑体是由带电谐振子组成（即把组成空腔壁的分子、原子的振动看做线性谐振子），这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量e的整数倍，g卩：2e,3e,…，ne,…n为正整数，而且假设频率为v的谐振子的最小能量为e=hv称为能量子，h称为普朗兑常数；③微观粒子具有分立能量值的概念。B、光电效应①爱因斯坦；②电磁辐射的能量在空间传播时也是以一份一份的集屮形式存在，而不是连续分布的，这种集中存在的电磁辐射称为光子或光量子，即光也有粒子性；③微观粒子的波

3、粒二象性。C、原子的线光谱和原子结构①玻尔；②稳定态假设、频率假设、轨道角动量量子化假设；③量子力学。2.1）量子隧道效应是由微观粒子波动性所确定的量子效应，又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的，否则动能将出现负值;但按照量子力学可以解出除/在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，即粒子能贯穿势垒。2）扫描隧道显微镜（STM）的工作示意图如下:AdsorbateSubstrate扫描探针垂直方向水平方向<>3）STM对原子或分子的

4、操纵过程举例参考文献：贲德欢，王庆康，庞乾骏等.扫描隧道显微镜单原子操纵技术及其物理机理U1.上海交通人学学报，2001,35（2）:157-167.DOI:!0.3321/j.issn:1006-2467.2001.02.001.单原子操纵有横向操纵和纵向操纵两种：1）横向操纵通常采用恒定电流模式：保持操纵过程中STM电流不变，而探针的高度（探针和表面的距离）在操纵过程中发牛.改变。实验中一个完整的横向操纵大致由三个基木步骤组成。操纵之初，STM—般处在成像模式，以便确定吸附原子的位置。第一步，调高隧道电流把STM探针K降

5、到被操纵原子上方的某个合适高度以堉强探针对吸附原子的作用力。第二步，保持STM工作在恒定电流模式，横向移动STM探针把吸附原子沿表而移动到某个预定位置。第三步，降低隧道电流以提升探针，STM重新回到成像模式，把吸附原子留在预定位置。AdsorbateSubstrate纵向操纵，通常是在探针和表面之间施加强电场，通过改变电场的极性完成提取和放置吸附原子。AdsorbateOC(JC?C(:⑴Substrate纵向操作单原子的放置有以下三种方式：（1）铅笔法：所放置的原子直接来源于STM针尖的材料;(2)蘸水笔法：先用针尖从样品

6、上的某处提取一些原子然后再将这些吸附在针尖上的原子一个一个地放置到所需的特定的位置上去；(2)钢笔法：这种方式则是寻找一种方法将某种所需的原子源源不断地供给到STM针尖上，再源源不断地放置到样品表面上去。当在Au的针尖和表而之间施加一一-3.5〜-4.0V(针尖为负)的电压脉冲时(此值高于Au原子的场蒸发阈值)，可以将针尖上的Au原子团源源不断地放置到Au表面上的预定位置，形成直径为10〜20nm。高为1一2mn的纳米点结构。用这些纳米点描绘的世界地图十分微小，直径仅为lum。