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第1章 引言1

1.1 纳米科技：一场可能的新产业革命1

1.2 纳米的概念3

1.3 纳米尺度材料的新特性5

1.4 纳米科学与技术10

1.5 纳米科技的历史12

参考文献19

第2章 团簇物理20

2.1 原子团簇的概念21

2.2 团簇的表体比24

2.3 团簇的稳定结构和幻数26

2.4 团簇的光吸收和光电子谱34

2.5 团簇的热力学与“相变”42

2.6 纳米粒子49

参考文献51

第3章 纳米结构制备：“由底向上”的途径52

3.1 获得纳米结构的两类途径52

3.2 纳米粒子的气相制备53

3.3 纳米粒子的尺寸分布及尺寸选择62

3.4 纳米粒子的化学合成66

3.4.1 溶液反应法制备纳米粒子67

3.4.2 喷雾法制备纳米粒子73

3.5 纳米粒子的团聚与分散76

参考文献82

第4章 低维纳米结构及其制备与组装84

4.1 低维纳米结构84

4.2 一维纳米结构86

4.3 一维纳米结构制备88

4.3.1 一维纳米结构的气相制备89

4.3.2 一维纳米结构的液相制备89

4.3.3 其他一维纳米结构的制备方法92

4.4 一维纳米结构生长机制93

4.5 二维纳米结构97

4.6 二维纳米结构的自组装100

4.6.1 自组装单层膜101

4.6.2 纳米粒子自发有序104

4.6.3 嵌段共聚物自组装105

4.6.4 Stranski-Krastanov生长法107

4.6.5 模板引导的自组装111

4.7 纳米固体114

参考文献115

第5章 微纳米加工117

5.1 半导体器件特征尺寸的缩小117

5.2 光学曝光的基本工艺流程118

5.3 学曝光的分辨率极限121

5.4 极端紫外光学曝光与X射线光学曝光124

5.5 电子束曝光125

5.6 聚焦离子束加工128

5.7 图形转移技术130

5.8 分辨率增强技术133

参考文献136

第6章 扫描探针显微术137

6.1 材料显微分析技术及其分辨率极限137

6.2 扫描探针显微镜的特点139

6.3 扫描隧道显微镜的原理141

6.4 扫描隧道显微镜的构造144

6.5 扫描隧道显微镜的工作模式147

6.6 扫描隧道显微镜达到原子分辨的途径148

6.7 原子力显微镜的原理149

6.8 原子力显微镜的构造150

6.9 原子力显微镜的工作模式与成像模式152

6.10 原子力显微镜探针154

6.11 扫描探针显微镜家族156

6.12 基于扫描探针显微镜的纳米加工158

参考文献160

第7章 纳米结构的电子性质161

7.1 固体能带的起源161

7.1.1 金属自由电子理论161

7.1.2 能带的形成163

7.2 金属纳米粒子的量子尺寸效应：Kubo理论165

7.2.1 尺寸减小导致电子能级的明显分立165

7.2.2 量子体系电子能级的统计学和热力学167

7.3 量子限制效应170

7.3.1 不同维度材料的电子结构特征170

7.3.2 量子点的量子限制效应172

7.4 特征长度和相干长度174

7.4.1 输运性质的经典理论174

7.4.2 与电子输运相关的特征长度176

7.5 弹道输运178

7.6 Landauer-Büttiker公式180

7.7 量子干涉184

7.8 库仑阻塞与单电子学187

7.8.1 库仑阻塞与单电子学的基本概念187

7.8.2 单电子隧道结188

7.8.3 电流偏置隧道结：库仑振荡189

7.8.4 观察到库仑阻塞和库仑振荡的条件191

7.8.5 电压偏置的串联单电子隧道结：库仑台阶192

参考文献194

第8章 纳米结构的磁性195

8.1 物质的磁性196

8.2 团簇的磁矩197

8.3 单畴极限200

8.4 各向异性201

8.5 超顺磁性202

8.6 交换作用204

8.7 巨磁电阻205

参考文献209

第9章 纳米结构的光学性质211

9.1 材料的光学性质211

9.1.1 固体的基本光学参数211

9.1.2 固体的光吸收213

9.1.3 固体发光215

9.2 半导体量子点的光学性质216

9.2.1 半导体量子点的能带结构217

9.2.2 半导体纳米结构的光吸收218

9.2.3 半导体量子点的发光221

9.2.4 Ⅳ族半导体纳米结构223

9.3 金属表面等离激元224

9.3.1 等离激元的基本概念224

9.3.2 Drude模型225

9.3.3 介质金属界面的表面等离激元226

9.4 局域表面等离激元229

9.4.1 金属纳米粒子的表面等离激元共振229

9.4.2 表面等离激元共振的影响因素232

9.5 耦合表面等离激元237

9.6 近场238

9.7 近场光学显微241

9.8 局域场增强效应243

9.9 表面增强拉曼光谱246

9.9.1 表面增强拉曼散射的机理246

9.9.2 SERS增强因子249

9.9.3 针尖增强拉曼光谱249

9.10 等离激元增强发光251

9.10.1 表面等离激元与荧光分子的作用252

9.10.2 金属纳米结构表面等离激元对半导体发光的作用253

9.11 非线性光学增强254

参考文献256

第10章 富勒烯与碳纳米管260

10.1 共价键理论260

10.2 碳的同素异构体263

10.3 富勒烯265

10.4 碳纳米管的制备269

10.5 碳纳米管的结构271

10.6 异型单壁碳纳米管276

10.7 碳纳米管的电学性质278

10.7.1 单壁碳纳米管的电子能带结构278

10.7.2 单壁碳纳米管的电学性质280

10.8 碳纳米管的力学性质281

10.9 碳纳米管的热学性质283

参考文献284