《纳米碳管与原子团簇的量子效应和非线性光学响应研究》

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富勒烯、碳纳米管和原子团簇等很有可能成为下一代纳米光电子材料和器件的主要组元。自从1985年C60和1991年纳米碳管被发现以来,掺杂C60系统和纳米碳管就一直是国内外凝聚态物理和纳米科技的前沿研究课题。本项目研究具有重要的基础研究意义和广泛的应用前景;可为设计、制备具有特定功能的纳米光电子学器件提供理论支持。本项目研究起始于上世纪90年代江苏省和国家自然科学基金项目,和以后的国家“攀登计划”与国家“973”项目的部分资助,使得我们的研究能够不断深入,紧跟国际前沿和保持研究成果处于国际先进水平。  本项目主要内容和创新点:(1)提出了一个简单的理论模型统一地解释了碳管中电导随费米能级的快、慢振荡现象,认为它们都是来自于碳管中内禀的电子波量子干涉效应;被国际综述文章评论为“两种可能的微观机制之一”。建立了一个普适的碳管中电子局域化长度公式,适用于各种螺旋对称性金属碳管;有助于实验和纳电子器件设计。有关碳管量子输运和干涉的研究成果已被80多篇国际SCI论文100多次引用,包括国际著名物理和化学评论期刊,“Rev.Mod.Phys.”和“Chem.Rev.”等。(2)推广导电聚合物研究中著名的SSH模型,研究了掺杂富勒烯团簇的结构、电子性质和非线性光学特性。发现替代式掺杂大大提高了C60的三阶非线性光学极化率γ,提出了γ增大的物理机制,已为国内外同行的后续理论与实验工作所证实。研究成果在国际上处于前沿地位,已被国内外同行60多篇SCI论文多次引用,包括国际化学界知名的评论书籍Topics in Current Chemistry和评论期刊Chem.Rev.等3篇综述论文。(3)在国际上首先从理论上预言了碳管存在很强的三阶非线性光学极化率(γ),计算了它的γ值,激发了国内外后续的大量实验研究,并被实验证实,从而为碳管在纳光电子器件中的广泛应用提供了理论依据。研究成果在国际上处于领先地位,已被国内外同行近100篇论文引用;包括中英文专著以及多篇国际著名综述期刊文章。(4)发展了形变和缺陷碳管振动性质与Raman谱的数值计算研究。发现了形变和缺陷碳管Raman谱的若干特征模式和随形变的变化程度。比如,在扭转形变下,出现新的Raman模。这为实验上准确地测定碳管形变度和缺陷提供了理论参考。(5)在国际上最先提出了管状金团簇的新概念;发现了稳定的管状Au24和Au26结构。该工作已获国际同行的承认,被23篇SCI论文他引多次。  本项目的系列创新性成果,已在国际核心学术期刊发表论文80多篇(包括1篇PRL,6篇APL,30篇PRB和3篇JCP文章),受到国内外同行的广泛重视和关注。33篇主要论文已被330多篇SCI论文他引,在国内外相关研究领域中有很大影响。近几年,主要完成人董锦明在国际学术会议上做了4次大会邀请报告和1次分会邀请报告;并在国内和台湾地区多所大学做过“纳米碳管和纳米电子学”的学术报告。同时,在项目执行期间,共计培养了2名博士后,14名博士和4名硕士。其中,1名博士获得2006年中国优秀博士论文提名奖;1名博士和1名硕士分别获得2006年江苏省优秀博士和硕士论文奖;4名博士获得南京大学优秀博士论文奖。已经出站的博士后和毕业的博士、硕士,除少数去国外大学从事博士后研究外,多数留在国内科研院所和各个大学、部队院校从事教学和科研工作。

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