一种二维量子点阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维量子点阵列及其制备方法。在该制备方法中，选择金属单晶作为衬底，通过分子束外延生长技术将前驱体分子二溴芴沉积到保持在室温的衬底表面，可获得大规模规则有序的二维六边形孔洞结构。该孔洞结构可实现对金属衬底表面自由电子的束缚进而形成二维量子点阵列。该发明专利技术提出了一种利用二溴芴分子在金属衬底表面构筑高密度量子点阵列的方法，具有较高的科研价值和广泛的应用潜力。具有较高的科研价值和广泛的应用潜力。具有较高的科研价值和广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种二维量子点阵列及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体地涉及一种利用二溴芴分子在金属单晶衬底上制备的大面积二维多孔自组织结构，构筑二维量子点阵列。

技术介绍

[0002]奇异的量子态通常会推动量子光伏和荧光器件的发展。生长在贵金属表面的有机纳米多孔网络被认为是研究电子散射等量子现象的优异平台。在表面上，有机分子多孔网络能够将二维电子气限制在纳米孔隙内，因此他们通常被称为“量子点阵列”。利用扫描隧道显微谱技术所观察到的孔洞内的束缚态主要表现为金属表面的肖特基势垒电子态会进行一定程度的能量偏移。这种现象主要源于有机分子筹壁上的排斥散射和每个孔内的部分量子束缚。这可能在未来的分子工程应用，如量子计算或设备技术中发挥至关重要的作用。
[0003]相比于利用针尖操控构筑量子围栏这一十分耗时的技术，超分子自组装技术因其非共价相互作用的可逆性，如氢键、卤键或金属配体相互作用，可以实现样品的自修复过程。从而可以构筑几乎无缺陷，长程有序的二维纳米多孔网络。
[0004]扫描隧道显微镜技术可以在原子级尺度上精确地表征样品结构，扫描隧道微分谱技术可以表征样品的能带结构以及前沿轨道的空间分布，为研究具有特殊电子态的新型低维材料提供了良好的技术平台。对分子电子学和相关纳米电路的发展有着深远的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种二维量子点阵列及其制备方法。具体地，本专利技术利用二溴芴分子在金属单晶衬底上构筑二维多孔网络来束缚表面二维电子气，进而形成高密度规则有序的二维量子点阵列。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现：在超高真空环境下，首先将二溴芴前驱体分子沉积到保持在室温的原子级洁净的金属单晶衬底，沉积时间为60至180秒，可以根据样品面积的不同需求来改变沉积时间。然后通过键分辨扫描隧道显微镜技术和扫描隧道微分谱及图像技术表征其形貌和电子结构特征。
[0007]优选地，本专利技术制备一种量子点阵列的方法还包括以下步骤：二溴芴分子纯度应保持在99%以上。在制备样品之前，应在沉积温度下进行一个小时左右的除杂步骤，保证样品表面没有其他杂质。
[0008]优选地，在前驱体分子沉积前会在蒸发温度下保温10分钟，保证分子束流稳定。沉积结束后，将金属单晶衬底在室温退火10分钟，保证分子在基底上充分的扩散、排列和组装。
[0009]优选地，将所述二溴芴分子蒸发并沉积到金属单晶衬底的步骤是通过热阻式加热使二溴芴分子蒸发并沉积到所述金属单晶衬底上。
[0010]在本专利技术的某些实施方案中，在25℃
‑
30℃的升华温度下使所述二溴芴分子升华。例如，在将升华温度选择为30℃的情况下，可以获得较好的沉积效果。
[0011]在本专利技术的某些实施方案中，所述金属单晶衬底是通过包括以下步骤的方法制备的：a. 在超高真空腔内，对金属单晶进行氩离子溅射处理得到金属衬底；b. 将所述金属衬底加热并保持在450℃，维持10
‑
30分钟。c. 将所述金属衬底以6℃/分钟的退火速率缓慢降温到260℃，随后使其自然降温。
[0012]附图说明
[0013]以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1示出了根据本专利技术实施例的由二溴芴分子自组装形成的二维多孔纳米网络扫描隧道显微镜图像；图2示出了根据本专利技术实施例的扫描隧道显微镜键分辨图像和原胞结构；图3示出了根据本专利技术实施例的密度泛函理论计算的优化结构以及分子间的弱相互作用和原胞结构；图4示出了根据本专利技术实施例的扫描隧道微分谱的谱学表征。
[0014]图5示出了根据本专利技术实施例的扫描隧道微分图像展现的量子点阵列中的驻波现象；
具体实施方式
[0015]下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步详细的描述，给出的实施例仅为阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。
[0016]试验仪器和设备：低温扫描隧道显微镜：购自德国Omicron公司。
[0017]K
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cell分子蒸发源：购自德国Omicron公司。
[0018]氩离子枪：购自德国Omicron公司。
[0019]原料：二溴芴分子：购自CHEMSOON，纯度99%。
[0020]金属单晶衬底（金、银、铜）：购自MaTecK，纯度99.999%。
[0021]实施例
[0022]金属单晶衬底的制备在超高真空腔内用氩离子枪对金属单晶衬底进行氩离子溅射处理得到金属衬底，并将金属衬底加热并保持在450℃，维持10~30分钟，获得干净平整的金属单晶衬底。
[0023]在制备完成金属单晶衬底后，在超高真空环境下，利用热阻式K
‑
cell分子蒸发源，在30℃的升华温度下，将二溴芴分子升华并沉积到保持在室温的金属单晶衬底表面。二溴芴分子的沉积时间为60秒钟。在沉积结束后，将金属单晶衬底上的二溴芴分子保持在30℃的退火温度，维持10分钟。目的是让分子充分扩散、排列和组装。
[0024]图1示出了根据本专利技术的实施例的制备方法的扫描隧道显微镜图像，a图为大面积无缺陷长程有序的二维多孔网络结构，b图为白色方框所标记的二维多孔网络放大图，在b
图中可以观察到其原胞结构，相邻孔洞的间距为30.3
ꢀ±ꢀ
0.1
ꢀÅ
，并由两层分子筹壁间隔。图2示出了键分辨扫描隧道显微镜技术表征的二维多孔网络结构，单一孔隙间距为26.5
ꢀ±ꢀ
0.1
ꢀÅ
，每一个孔洞均由六个二溴芴分子组成，且分子扶手椅边界均朝向孔隙中心，自组装内部的弱相互作用力可以通过该扫描图分辨出来。图3示出了利用密度泛函理论计算优化的结构模型，并且标记出了对应的原胞结构与弱相互作用力，与实验吻合的较好。图4示出了根据本专利技术的实施例表征方法所述的利用扫描隧道微分谱技术获取的二维多孔网络的电子结构，从孔隙内获取的谱学信息在
‑
230 mV表现出一个明显的峰值，相对于纯金衬底的肖特基势垒(
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500 mV)存在一个270 mV的能量偏移, 该偏移现象是二维孔洞对基底二维电子气的束缚效应引起的。图5示出了在
‑
230 mV下获取的扫描隧道微分图像，可以观察到在孔隙中有明亮的电子态特征。该现象是由表面电子态在二溴芴分子筹壁发生散射引起的驻波现象。每一个亮点都是一个束缚的量子点，延伸的大面积量子点构成了规则的高密度量子点阵列。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维量子点阵列的制备方法，其特征在于：首先通过分子束外延技术将前驱体分子二溴芴沉积到金属单晶衬底表面，进而得到样品，所述样品在室温退火之后，可以获得大面积长程有序的多孔二维网络纳米结构，该二维网格结构可以束缚金属表面的自由电子，形成高密度规则有序的二维量子点阵列。2.根据权利要求1所述的二维量子点阵列的制备方法，其特征在于：所述前驱体分子二溴芴的升华温度为30℃。3.根据权利要求1所述的二维量子点...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建臣，熊玮，蔡金明，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：