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热处理对金纳米颗粒超薄膜结构和光电子发射影响的研究

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热处理对金纳米颗粒超薄膜结构和光电子发射影响的研究

作者：王菲中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

学位级别：硕士

金较高的功函数(4.5.2 eV)使得其费米能级远低于真空能级,所以纯金并不是良好的电子发射材料,然而研究表明烷烃键合金纳米颗粒(Au nanoparticle,Au NP)明显提高Au NP薄膜的光电子发射能力。热处理显著影响Au NP薄膜结构、形貌甚至Au NP... 详细信息

金较高的功函数(4.5.2 eV)使得其费米能级远低于真空能级,所以纯金并不是良好的电子发射材料,然而研究表明烷烃键合金纳米颗粒(Au nanoparticle,Au NP)明显提高Au NP薄膜的光电子发射能力。热处理显著影响Au NP薄膜结构、形貌甚至Au NP尺寸,从而影响其光学性质和电学性能,但其对Au NP薄膜光电子发射的影响尚不明确。因此,有必要开展热处理对Au NP薄膜光电子发射影响的研究,进一步理解Au NP薄膜光电子产生和发射机制。本文主要研究内容和结果如下:1.两相法合成尺寸可调和尺寸分布均一的巯基十一酸包裹Au NP(1)采用一步两相法制备巯基十一酸(Mercaptoundecanoic acid,MUA)修饰剂包裹Au NP,研究了修饰剂与金原子的不同配比对Au NP尺寸的影响。结果表明各种尺寸Au NP尺寸分布均一(具有较小的尺寸偏差),呈单分散状态;大部分MUA与Au NP表面形成Au-S而连接;所得Au NP具有面心立方结构。这些高度纯化的Au NP具有活性表面功能团(COOH),在生物传感、自组装、光学和电子器件方面具有潜在应用价值。(2)采用两步两相法制备大尺寸MUA包裹Au NP(>5 nm),并考察其稳定性。2.热处理增强Au NP超薄膜光电子发射的研究通过硅晶片上壳聚糖薄涂层静电吸附平均直径为1.4 nm MUA包裹的Au NP,制备了厚度约为10nm的超薄膜,原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)表明Au NP在薄膜中分布较为均匀且薄膜较平整。进一步采用紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,UPS)研究了不同热处理温度对超薄膜的二次电子发射能力的影响,结果表明适度的热处理有助于超薄膜二次电子发射强度的提高,尤其是经150℃热处理的薄膜二次电子发射峰强是未处理样品的4倍,更高的热处理温度造成二次电子发射峰强度急剧下降。本文结果有助于推动有机配体包裹Au NP超薄膜在光电子发射材料方面的应用。

关键词：金纳米颗粒超薄膜光电子发射烷基硫醇热处理两相法

等离激元聚焦透镜辅助纳米结构光电子发射特性的研究

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等离激元聚焦透镜辅助纳米结构光电子发射特性的研究

作者：李亚红长春理工大学

学位级别：硕士

基于单一纳米结构诱导的超快纳米尺度电子源具有高亮度和高相干性的特点,有望应用于超快电子显微镜和X射线自由电子激光器等领域,也是纳米光子学研究中重要组成部分。然而,由于单一纳米结构吸收截面较小,其对入射超快激光能量利用率较低... 详细信息

基于单一纳米结构诱导的超快纳米尺度电子源具有高亮度和高相干性的特点,有望应用于超快电子显微镜和X射线自由电子激光器等领域,也是纳米光子学研究中重要组成部分。然而,由于单一纳米结构吸收截面较小,其对入射超快激光能量利用率较低,因此限制了基于单一纳米结构的超快、高亮度电子脉冲技术的发展和应用。相较于单一纳米结构,利用聚焦表面等离激元激发纳米结构可提升整体结构体系对入射光的利用效率,有望实现更强的光电子发射强度,并为光电子发射调控提供更多的自由度。然而,相关研究目前几乎尚未开展。本文利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)以及光发射电子显微镜(Photoemission electron microscopy,PEEM)对等离激元聚焦透镜辅助纳米结构光电子发射特性进行了研究,主要研究内容与结果如下:(1)利用FDTD仿真软件对不同形状和尺寸的纳米结构进行仿真模拟,根据结构对应的吸收及电场分布,结合Fowler-Dubridge理论预测了对应结构的光电子产额及光电子发射增强因子。结果表明,在相同共振波长条件下,纳米结构尺寸越小,光电子产额越高;不同尺寸纳米棒,长径比越大,光电子产额越高;而在二聚体结构中,间隙越小,耦合强度越强,光电子产额越高。我们将这些结果归因于较小的尖端曲率半径带来的更高的近场增强以及较小的结构体积带来的较小的辐射阻尼。(2)利用具有延迟线探测器的PEEM,研究了飞秒光激发下纳米环暗模式诱导的光电子发射情况。研究结果表明,s偏振光照射下纳米环暗模式相较于p偏振激发情况具有更高的吸收强度。并且,由于强吸收作用,纳米环结构在s偏振光照射下的光电子产额高于p偏振光照射情况。进一步,基于FDTD仿真结合Fowler-Dubridge理论,对PEEM实验结果进行了重现,结果显示实验与理论具有很好得一致性。(3)通过FDTD仿真结合Fowler-Dubridge理论,对等离激元聚焦透镜辅助下的纳米结构光电子发射性质进行研究。结果显示,有聚焦透镜辅助的纳米结构电场强度要显著高于无聚焦透镜情况,最高可提升10倍,光电子产额增强因子最高提升了10个数量级。进一步,对于纳米结构形状以及纳米棒长径比对光电子发射影响研究的结果显示,在纳米棒、纳米三角板以及纳米圆盘三种结构中,纳米棒结构光电子产额以及增强因子都最高;大长径比对应更高的光电子产额以及增强因子。进一步,研究了聚焦透镜激发的二聚体纳米结构形貌对其光电子发射的影响。结果显示,在相同间隙尺寸下,非对称双棒结构对应的光电子产额以及增强因子高于对称双棒结构以及蝴蝶型结构。我们将其归因于非对称双棒结构诱导的高阶等离激元模式激发。本研究结果为开展高亮度光阴极以及纳米光电子集成器件的设计与优化打下了坚实基础。

关键词：局域等离激元光电子发射光发射电子显微镜时域有限差分法

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光电子发射率与入射光强

物理教师 1995年第2期28卷 15-16页

作者：孔生中山西大同一中 037004

光电效应的规律中“在单位时间里从金属板尺发射出的光电子数跟入射光的强度成正比”这一条,由此也有一系列关于应用这条规律的习题。历年来在不少教学参考书中屡见这样的两类习题:第一为如“某金属在一束黄光照射下正好有光电子逸出,... 详细信息

光电效应的规律中“在单位时间里从金属板尺发射出的光电子数跟入射光的强度成正比”这一条,由此也有一系列关于应用这条规律的习题。历年来在不少教学参考书中屡见这样的两类习题:第一为如“某金属在一束黄光照射下正好有光电子逸出,问用一束强度相同的紫光代替黄光,逸出电子数是否相同?”大部分书上的答案是“相同”。理由是因为光电子发射率与光强成正比,光强相同,则逸出的电子数就相同。第二类如“用完全相同的两束紫外线,分别照射两种不同的金属表面,都能产生光电效应,问这两种金属表面单位时间内逸出的光电子数是否相同?”原答案是相同,原因也是入射光强度相同。

关键词：光电子发射正常光电效应选择性光电效应入射光饱和光电流光电子数光强度金属表面光子数极限波长

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杂化模式二聚体结构光电子发射研究

应用物理 2024年第4期14卷 131-141页

作者：张涵博季博宇长春理工大学超快光学实验室吉林长春

基于金属纳米结构中的等离激元效应可以将周围电场局域在纳米级空间尺度范围中,并且有着出色的电场增强的能力,在增强光传导效应、提高超快电子源亮度、提升太阳能电池转化效率等方面都有着出色的潜力。本文使用非对称金纳米二聚体结构... 详细信息

基于金属纳米结构中的等离激元效应可以将周围电场局域在纳米级空间尺度范围中,并且有着出色的电场增强的能力,在增强光传导效应、提高超快电子源亮度、提升太阳能电池转化效率等方面都有着出色的潜力。本文使用非对称金纳米二聚体结构进行模拟,对等离激元杂化模式对光电子发射进行研究,发现金纳米短棒占据二聚体结构场增强的主导,当二聚体结构呈成键模式,短棒的Ez分量要强于长棒,反键模式中长棒的Ez分量要超过短棒,并将金纳米二聚体结构的间隙增加至200 nm时,在双棒的耦合作用足够小的情况下,分别对二者的近场进行研究,发现金纳米长棒中的Ez/E约是短棒的4倍左右,金纳米长棒的光电子产额是短棒的十倍左右。

关键词：等离激元模式光电子发射金纳米结构时域有限差分法

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带有光电子发射产额谱的表面分析联合谱仪

真空科学与技术学报 1987年第2期 135-140页

作者：钟战天中国科学院半导体研究所

一、引言我们研制的表面分析联合谱仪具有LEED,RHEED,AES和光电子发射产额谱仪(PYS)等表面分析器,并带有分子束外延设备以便进行亚原子层金属淀积和生长各种理想表面。这是非常适合半导体表面和界面研究的新型设备。本文介绍了此联合谱... 详细信息

一、引言我们研制的表面分析联合谱仪具有LEED,RHEED,AES和光电子发射产额谱仪(PYS)等表面分析器,并带有分子束外延设备以便进行亚原子层金属淀积和生长各种理想表面。这是非常适合半导体表面和界面研究的新型设备。本文介绍了此联合谱仪的结构和设计方案。此外,还给出PYS的调试和校准方法。

关键词：光电子发射光子数外光电效应谱仪表面分析产额光波长光子计数器

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LaB_6光电子发射器

稀土信息 1998年第12期4卷 12-12页

作者：李鑫德

高辉度电子加速器,诸如线性加速器或同步加速器等,要求有一个能产生足够电子数的电子源。灯丝,如计算机显示器阴极射线管灯丝,不可能提供所需的电子流。

关键词：光电子发射 LaB6 电子流电子加速器阴极射线管计算机显示器电子发射器线性加速器同步加速器激光照射

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光电子的发射过程及其逃逸几率

光电子学技术 1983年第2期 13-19页

作者：文泽甫中国科学院西安光机所

本文讨论了光电发射的三个不同物理过程,并给出了光电子逃逸几率的数学模型及计算结果。

关键词：光电子发射本征吸收外光电效应电子亲和势垂直跃迁发射过程

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脉冲光电子枪中光电子束性能研究

Chinese Journal of Chemical Physics 2000年第3期13卷 263-269页

作者：花晓清张林虎白吉玲郭文生中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023 辽宁大学化学科学与工程学院

利用新设计的脉冲光电子枪，研究了光电子束的能量分布，光电子数密度与激光强度的关系和光电子在电离区内的滞留时间．大部分电子的能量为光发射电子的剩余能量，但是由于电子的空间电荷效应，电子能量分布具有加宽现象．每个激光脉冲... 详细信息

利用新设计的脉冲光电子枪，研究了光电子束的能量分布，光电子数密度与激光强度的关系和光电子在电离区内的滞留时间．大部分电子的能量为光发射电子的剩余能量，但是由于电子的空间电荷效应，电子能量分布具有加宽现象．每个激光脉冲发射到电离区内的光电子数密度在109／cm3以上．

关键词：光电子发射光电子数密度光电效应光电子束

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分子水平的催化研究

现代化工 1986年第6期6卷 13-17+3页

作者：洪祖培中国科学院大连化学物理研究所

近二十年来发展起来的表面科学及其先进的测试技术,取得重大进展的、以高速电子计算机为基础的量子化学计算方法,以及不断渗透的其他学科成就,使传统的“炒菜式”的凭经验摸索的催化研究开始步入分子水平的精密科学研究的门槛。本文对... 详细信息

近二十年来发展起来的表面科学及其先进的测试技术,取得重大进展的、以高速电子计算机为基础的量子化学计算方法,以及不断渗透的其他学科成就,使传统的“炒菜式”的凭经验摸索的催化研究开始步入分子水平的精密科学研究的门槛。本文对分子水平的催化研究作了简单介绍,主要包括用于催化研究的现代表面技术、量子化学和微观反应动力学。

关键词：催化剂分子设计材料设计微观反应动力学分子催化研究化学反应原子结构分子水平量子化学计算方法外光电效应光电子发射过渡元素过渡金属