近场激光辐照AFM探针纳连接金属纳米线的基础研究

The metallic nanowires are gradually becoming the nano-conducting wires with excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties, which make that the nanoconnection is the key technology of nanostructures fabrication for realizing the functions of nanodevices. In this project, the effective and controllable nanoconnection between metallic nanowires will be studied with the surface plasmon wave induced by enhanced near-field of atomic force microscope (AFM) tip which is irradiated by optical fiber probe near-field laser. Therefore, the physical model of coupled energy field, near-field laser irradiating the AFM probe tip, will be firstly established to study the excitation condition of the enhanced near-field underneath AFM tip, interactions between different energy field, and coupling mechanism of the light induced plasmon. Then, based on the quantum physics principle, the connection mechanism will be explored with surface plasmon, and further to reveal the atomic diffusion mechanism in the nanoconnection process. Finally, the system platform, optical fiber probe near-field laser irradiating AFM probe tip, will be designed and developed for the experimental verification. This has important significance to elucidate the mechanism of nanowires nanoconnection with surface plasmon, which will provide a new idea for the new nano-devices in nano-scale connection.

金属纳米线凭借优良的电学、热学、光学、力学等性能，正逐步成为新型功能纳米器件的纳米导线，而导线间的纳连接则是纳米结构制造，实现其功能化、器件化的重要环节和关键技术。项目旨在采用光纤探针近场激光辐照原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）探针产生增强近场，以诱导金属纳米线表面等离子体激元波的方法，进行金属纳米线间有效、可控的纳米点连接研究。据此，首先建立近场激光辐照AFM探针能场耦合的物理模型，研究光纤探针近场激光辐照AFM的增强近场激发、不同能场的作用规律、及能场耦合对光致等离激元的作用机理；继而从量子物理角度探究等离激元纳连接金属纳米线的作用机理，并揭示纳连接过程的原子扩散机理；最后设计开发纳连接系统平台并进行实验验证。本研究内容对阐明近场激光诱导表面等离子体激元波纳连接金属纳米线的作用机理有重要意义，为新型纳米器件的纳米尺度连接提供一新思路。

金属纳米线连接则是纳米结构制造、结构功能化与器件化的重要环节和关键技术。项目旨在采用光纤探针近场激光辐照AFM探针产生增强近场，以诱导金属纳米线表面等离子体激元波的方法，进行金属纳米线间有效、可控的纳米点连接研究，其主要研究内容与结果包括：研究了光纤探针激光的近场分布特征，建立了光纤探针近场激光辐照AFM探针的物理模型及解析模型，研究了表面等离激元共振对近场增强的作用机制，获得了近场激光辐照AFM探针的能场分布情形及作用规律；建立了激光辐照金属纳米线诱导表面等离激元的光学仿真模型，分析了激光参量（激光波长、纳米对象位置、激光偏振方向等）对能场增强的作用机制，并获得了激光辐照金属纳米线的能场分布状态与不用因素的影响规律；进而，建立了金属纳米线纳连接的原子仿真模型，研究了不同物理化学因素对纳米线连接过程及效果的影响规律，实现了金属纳米线纳连接的拟实过程，并建立金属纳米线纳连接过程原子扩散的物理模型，揭示了金属纳米线纳连接的原子扩散机制；建立了DPN技术的溶液沉积的数学模型，研究了作用力、点笔频率、亲/疏水特性等对定点沉积的影响规律，实现了精密可控的DPN定点沉积操作，同时研究了AFM向量扫描模式的纳米操作方法，分析了表面材料粘结度、AFM探针力向量等因素对纳米对象操作的影响规律，实现了粒径100nm对象的可控操纵；设计搭建了实时、可调控、可监测的近场激光光路系统，改造了AFM系统平台，并对软件进行了二次开发，开发了基于AFM以及SEM的三维微纳跨尺度操纵与纳连接的系统平台，成功实现近场激光诱导表面等离子体激元波纳连接直径30nm银纳米线的可控连接。项目研究内容对阐明近场激光诱导表面等离子体激元波纳连接金属纳米线的作用机理具有重要的学术意义，为新型纳米器件的纳米尺度连接提供一新的技术途径。