金属氧化物一维纳米结构和电子态调控研究-凝聚态物理专业毕业论文

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1、分类号0469密级学校代码10542学号200811010006金属氧化物一维纳米结构和电子态调控研究One—·dimensionalstructuresandregulationofelectronicstatesofmetaloxides指导教师姓名、职称王小刚教授湖南师范大学学位评定委员会办公室二零一一年三月2摘要半导体金属氧化物纳米线，由于其独特的物理特性，在工业技术领域具有广阔的应用前景。金属氧化物纳米线的合成过程直接影响了纳米线的物理特性，对它的应用起着关键作用。金属氧化物在不同热力学环境

2、中可能以不同的结构相存在，同时金属氧化物也可能以亚稳相形式存在相当长的时间。不同相的金属氧化物的电子结构和输运特性可能相差很大。金属氧化物纳米线的电子结构和一维量子输运特性决定了金属氧化物器件的技术性能。因此，研究金属氧化物纳米线在热力学环境中的结构特性，相形成与转变，电子结构和一维量子输运特性，对理解金属氧化物纳米线的物理特性，获得对结构，形貌，尺寸的人为控制，及它们在工业技术领域的应用都具有重要意义。氧化铅是一种拥有中等带隙的半导体，而且毒性很小，其在太阳能电池、光敏、气敏传感器、生物医疗、能量储

3、存等方面具有十分广阔的应用前景。氧化铅在低温下以仅．PbO形式存在，通常称为低温相，其能带间隙约为1．9eV，而在498"C时转变为p．PbO，通常称为高温相，其能隙大约为2．5eV，13-PbO经常以亚稳相形式存在于常温常压下。在常温常压下氧化铅通常以混合相的形式存在，用普通的化学合成方法制备纯相的氧化铅十分困难。本工作发展了一套简单、易行的热氧化法，由金属铅纳米线直接生长成纯相氧化铅纳米线。通过调节反应室中的氧分压、反应时间、反应温度等热力学条件来控制和调节氧化铅一维纳米线的相结构和横向尺度。同时

4、借助X射线衍射，扫描电镜，原子力显微镜和紫外可见光吸收等实验手段，结合理论计算和分析，研究了氧化铅纳米线的相结构、相形成与转变，电子结构和一维量子输运特性。本文主要包括以下几方面的工作：一，建立了一套可调节温度、气体和气体分压的系统，用于完成对金属铅纳米线的氧化。二，通过对反应室中的反应时间、反应温度的调节来实现氧化铅一维纳米结构可控生长，并成功获得了不同横向尺度的氧化铅纳米线等一维纳米结构。三，以一种简单、易行的方法由金属纳米线制备出了纯相氧化物纳米线等微纳米结构。四，通过分析和研究一氧化铅相形成的

5、热力学条件，制备了不同相的纯相一氧化铅纳米线，并对其进行了表征。五，本工作的研究揭示了，纯相的制备非常依赖于对温度和氧流量的控制，仅仅在一个非常小的温度，氧流的区间内可能制备出纯相的氧化铅纳米线。六，本工作表明铅纳米线在经过氧化后，线性保持的非常良好。七，本工作首次发现了，氧化铅纳米线存在不同于体材料的结构相反转现象，并研究了这种与尺度相关现象的可能物理机理。八，我们研究了一维纳米双重格子中单粒子的量子输运及其控制。在外场的高频区域，导出粒子在局域态的几率幅的解析解，定量的描述了量子遂穿规律，展示了失

6、稳导致方向性运动的物理机制。九，研究了双重格子中两粒子的量子纠缠量子输运及其相干控II制。在量子遂穿选择性相干破坏条件下，提出操控两粒子沿相同或相反方向的分离或共位输运的实验方案。关键词:氧化铅，纳米材料，超晶格，量子输运:JTl/IVAbstractInrecentyears，semiconductingmetal．oxidenanowireshavebeenattractinggreatattentionduetOnotonlytheirphysicalpropertiesbutalsotheir

7、technicalapplications．Thesynthesisprocessofthemetal．oxidedirectlyaffectsthephysicalpropertiesofthenanowiresandplaysakeyroleintheirapplications．Ametaloxidemayexistinphasesdependingonthethermodynamicenvironment，andalsoametaloxidemaystayinametastablestate／

8、phaseforarelativelylongtime．Theelectronicstructuresofthedifferentphasesofmetal-oxidesmaybegreatlydifferent，andtheelectronicstructuresdeterminetheperformanceofthedevicesintheirapplications．Itisveryimportantfortheirtechnicalapplica