Скачать презентацию Лекция 16 Самоорганизация наноструктур 1 2 3 4 Скачать презентацию Лекция 16 Самоорганизация наноструктур 1 2 3 4

Лекция 12_2011 самоорг.ppt

  • Количество слайдов: 49

Лекция 16. Самоорганизация наноструктур 1. 2. 3. 4. 5. Типы самоорганизации. Физическая самоорганизация Химическая Лекция 16. Самоорганизация наноструктур 1. 2. 3. 4. 5. Типы самоорганизации. Физическая самоорганизация Химическая самоорганизация Пленки Ленгмюра-Блоджетт Применение: молекулярная электроника

Самоорганизация – процесс, при котором молекулы, молекулярные кластеры или коллоидные наночастицы агрегируются в заданную Самоорганизация – процесс, при котором молекулы, молекулярные кластеры или коллоидные наночастицы агрегируются в заданную структуру. Bottom-up Физическая СО- спонтанная, вследствие наличия потенциального минимума, силы Ван-дер-Ваальса : рост при эпитаксии, коллоидные частицы (немодифицированные) Химическая СО: коллоидные частицы (модифицированные) агрегирование молекул с использованием дополнительных связей

Самоорганизация при эпитаксии • Self-organized QDs through epitaxial growth strains – Stranski-Krastanov growth mode Самоорганизация при эпитаксии • Self-organized QDs through epitaxial growth strains – Stranski-Krastanov growth mode (use MBE, MOCVD) • Islands formed on wetting layer due to lattice mismatch (size ~10 s nm) – Disadvantage: size and shape fluctuations, ordering – Control island initiation • Induce local strain, grow on dislocation, vary growth conditions, combine with patterning AFM images of islands epitaxiall grown on Ga. As substrate. (a) In. As islands randomly nucleate. (b) Random distribution of Inx. Ga 1 x. As ring shaped islands. (c) A 2 D lattice of In. As islands on a Ga. As substrate. P. Petroff, A. Lorke, and A. Imamoglu. Epitaxially self-assembled quantum dots. Physics Today, May 2001.

Химическая самоорганизация 1 Химическая самоорганизация 1

Коллоидные частицы Коллоидные частицы

Формирование опалов Выпадение в осадок Высушивание -> синтетический опал Формирование опалов Выпадение в осадок Высушивание -> синтетический опал

Химическая самоорганизация 2 Химическая самоорганизация 2

Самоорганизация тиолов на поверхности золота Au on glass Alkyl chains X (CH 2)n Sulfur Самоорганизация тиолов на поверхности золота Au on glass Alkyl chains X (CH 2)n Sulfur S Au X = -CH 3, -OH, -COOH, -SO 3 -, -PO 4 H 2, N+(CH 3)3, -(OCH 2)n. OH, . . . Gold is usually deposited by vacuum evaporation techniques. Electroless gold is also of interest for complex geometries.

Ориентация молекулы тиола на поверхности Aliphatic chain within a SAM formed from an alkanethiol Ориентация молекулы тиола на поверхности Aliphatic chain within a SAM formed from an alkanethiol on a surface of gold. Directions of transition dipole moments corresponding to C-H stretching modes are shown. The projections of the transition dipole moments along the surface normal (z) are determined by the tilt angle (a) and twist angle (b) of the chain. In this diagram, a = 30 and b = 0.

SAMs on gold Alkanethiols on single crystals of gold. Open circles represent gold atoms, SAMs on gold Alkanethiols on single crystals of gold. Open circles represent gold atoms, and shaded circles represent alkyl chains. (a) Au(111). The smaller rhombus shows the Au(111) lattice. The larger rhombus shows a unit mesh with a = b = 4. 97 Å and = 120 (angle between a and b). (b) Au(110). Also shown is a unit mesh with a = b = 4. 99 Å and = 109. 5. (c) Au(100). Also shown is an oblique mesh with a = b = 5. 97 Å and = 95. Camillone et al, J. Chem. Phys. , 1993. Hou, Stroeve et al. , Langmuir 1998.

Stamping (microcontact printing) Li and Huck, Curr. Op. Solid State and Mat. Science, 2002 Stamping (microcontact printing) Li and Huck, Curr. Op. Solid State and Mat. Science, 2002

Самоорганизация макромолекул Self-assembly of a double rosette superstructure 19 through the interaction, mediated by Самоорганизация макромолекул Self-assembly of a double rosette superstructure 19 through the interaction, mediated by hydrogen bonds, of barbiturate 17 with melamine derivative 18 R. N. Reinhoudt, U of Twente, Angew. Chemie, 1996

3. Ленгмюровские слои • Молекулы нерастворимы в растворе • Молекулы формируют монослой на границе 3. Ленгмюровские слои • Молекулы нерастворимы в растворе • Молекулы формируют монослой на границе раздела воздух-жидкость • The carbon chain possesses at least 12 Carbons Langmuir Trough Ленгмюровский кристаллизатор

Пленки Ленгмюра-Блоджетт Подложка микровесы Барьер Liquid Subphase Langmuir Trough Пленки Ленгмюра-Блоджетт Подложка микровесы Барьер Liquid Subphase Langmuir Trough

Пленки Ленгмюра-Блоджетт Молекулы пленки Молекулы растворителя Langmuir Trough Пленки Ленгмюра-Блоджетт Молекулы пленки Молекулы растворителя Langmuir Trough

Langmuir-Blodgett Deposition Film molecule Solvent molecule Langmuir Trough Langmuir-Blodgett Deposition Film molecule Solvent molecule Langmuir Trough

Langmuir-Blodgett Deposition Film molecule Solvent molecule Langmuir Trough Langmuir-Blodgett Deposition Film molecule Solvent molecule Langmuir Trough

Langmuir-Blodgett Deposition Langmuir Trough Langmuir-Blodgett Deposition Langmuir Trough

Langmuir-Blodgett Deposition Langmuir Trough Langmuir-Blodgett Deposition Langmuir Trough

Изотерма Pressure Solid phase Liquid phase Gas Phase Area Langmuir Trough Изотерма Pressure Solid phase Liquid phase Gas Phase Area Langmuir Trough

Langmuir Monolayers : Phase transition isotherm P In the I phase: S L 2 Langmuir Monolayers : Phase transition isotherm P In the I phase: S L 2 I L 1 L 20 22 G L 40 -70 Molecular Area (A 2/ molecule) G 100

Langmuir-Blodgett Films X Y Z Langmuir-Blodgett Films X Y Z

Langmuir monolayers : Characterization Analysis of Film Properties - Thickness measurements - Infrared and Langmuir monolayers : Characterization Analysis of Film Properties - Thickness measurements - Infrared and Raman Spectroscopy - X-Ray, Electron and Neutron Diffraction - HEELS, etc. Analysis of Surface Properties - Contact angle and Surface tension - Different microscopies: fluorescence, SEM, TEM, STM, AFM, etc. - Non-linear optic techniques

Multilayer Deposition: Y TO X and Y to Z Transitions Multilayer Deposition: Y TO X and Y to Z Transitions

X, Y AND Z-TYPE DEPOSITION AND TRANSFER RATIO X, Y AND Z-TYPE DEPOSITION AND TRANSFER RATIO

MOVING CONTACT LINES: INTERACTING MOLECULAR FORCES MOVING CONTACT LINES: INTERACTING MOLECULAR FORCES

Colloid Theory applied to LB films • Solid surfaces acquire charge by ionization of Colloid Theory applied to LB films • Solid surfaces acquire charge by ionization of surface groups. • An LB film is a 2 -D solid. • At p. Ka of the acid there is a compact layer of divalent cations. • The two films (at air-water and solid-water) films are similar. (Are they not? )

Non-equilibrium configurations Non-equilibrium configurations

Molecular rearrangement under water Molecular rearrangement under water

Influence of Cation type Influence of Cation type

Effect of film elasticity on transfer ratio Effect of film elasticity on transfer ratio

Применения ленгмюровских пленок • Двумерные слои для исследований • Био-миметика ( «подражание мембранам» ) Применения ленгмюровских пленок • Двумерные слои для исследований • Био-миметика ( «подражание мембранам» ) – Фосфодипидные слои с включениями протеинов • Нелинейная оптика • Сверхплотная магнитная память – Magnetic nano-particles and nano-films • Сегнетоэлектрические слои (PVDF) • Нано-сенсоры – Combination of MEMS and NEMS

Applications: Nanosensors Applications: Nanosensors

молекулярная электроника Одноэлектронные приборы Приборы на основе углеродных нанотруб Приборы на основе органических молекул молекулярная электроника Одноэлектронные приборы Приборы на основе углеродных нанотруб Приборы на основе органических молекул

ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНЗИСТОР (МГУ) ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНЗИСТОР (МГУ)

ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Single Electron Molecular Transistor F. Di Salvo and D. Ralph, Cornell University, 2002 ? Single Electron Molecular Transistor F. Di Salvo and D. Ralph, Cornell University, 2002 ? The two molecules contain a central cobalt atom and differ in their length the shorter of about 2 nm one exhibits less resistance. At low temperature, the longer molecule functions as a single electron transistor, and the shorter molecule exhibits both transistor action and the Kondo effect. ? The electrical characteristis of the transistor can be varied systematically by making chemical changes to the molecule.

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ ЭТО ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕПОЛИМЕР, КОТОРЫЕ МОГУТ БЫТЬ ОДНОМЕРНЫМ МЕТАЛЛАМИ ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКАМИ. ИХ ДЛИНУ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ ЭТО ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕПОЛИМЕР, КОТОРЫЕ МОГУТ БЫТЬ ОДНОМЕРНЫМ МЕТАЛЛАМИ ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКАМИ. ИХ ДЛИНУ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЖНО ЗАДАВАТЬ, ВАРЬИРУЯ УСЛОВИЯ ИХ СИНТЕЗА.

Массивы одноэлектронных ключей для саморазвивающейся нейроноподобной сети Такая архитектура позволяет комбинировать высокую плотность CMOS Массивы одноэлектронных ключей для саморазвивающейся нейроноподобной сети Такая архитектура позволяет комбинировать высокую плотность CMOS схем (10 8 / см 2 ) с очень высокой плотностью массива одноэлектронных переключателей (до 10 12 /см 2 ), играющих роль синапсов, для создания аналога коры головного мозга на кремниевой пластине (К. Лихарев)

«Молекулярные» интегральные схемы – интегрирование молекулярного устройства на пооверхности CMOS ИC CMOL circuit «Молекулярные» интегральные схемы – интегрирование молекулярного устройства на пооверхности CMOS ИC CMOL circuit (schematically): (a) side view; (b) view from the bottom on the pin/nanowire/molecular subsystem. (The former panel may understood as the cross section of the chip along the line A A shown in the latter panel. ) Fmicro and Fnano are minimum feature sizes (half pitches) of the CMOS and nanowire/molecular subsystems, respectively. Note the incline of the pin array relative to the nanowire array, that enables CMOS pins to contact to each nanowire individually even in the case Fmicro Fnano.