國家納米中心等在金屬納米顆粒電子器件研究中獲進展

　　電子元器件的多功能化是應用電子技術發展的重要趨勢，因而非硅基材料越來越受到研究人員的重視。其中，由于小尺寸效應其性質有別于本體材料的納米顆粒是一個最典型的研究對象。采用半導體量子點構建的太陽能電池的效率已經有了大幅度的提升，晶體管的加工性能也得到了極大的改善，光電探測器的靈敏度至今還未被超越。金屬納米顆粒由于其優異的光學和催化等特性在等離激子學與能量轉換等方面同樣取得了巨大的進展。然而，受限于室溫下的電學性質，采用金屬納米顆粒構建電子元器件仍然極具挑戰。

　　近日，中國科學院國家納米科學中心研究員鄢勇與韓國蔚山科技大學（UNIST）教授Bartosz Grzybowski、北卡教堂山分校（UNC）教授Scott Warren等人合作，從傳統的半導體pn結中得到啟發，采用帶電的配體分子修飾的金納米顆粒，實現了金屬納米顆粒二極管的構筑。該二極管采用與pn結類似的雙層結構，其中一層金納米顆粒帶正電，另外一層帶負電。兩層金納米顆粒薄膜接觸形成一個新的界面，在界面處顆粒中可遷移的對離子由于濃度梯度在熵驅動下相互擴散，從而在界面處建立內建電場，并調控電子的不對稱輸運。另外，采用適當的配體分子修飾，這些金納米顆粒可以制備成各種傳感器件用于監測環境變化，例如濕度、氣體以及金屬離子等。同時，將傳感器件與各種電子元器件集成，實現了環境變化信號的采集、處理和報告。采用金屬納米顆粒實現了電學信號與化學傳感信號的有機結合，因此，研究人員將其命名為“chemoelectronic”。該工作為新原理電子器件的設計開發以及電子器件的功能化提供了一些思路，也豐富了電子器件材料的可選性。

　　目前，相關研究成果以封面文章的形式發表在《自然-納米技術》（Nature Nanotech., 2016, 11, 603-608）上。斯坦福大學教授Nicholas Melosh在同期作了研究亮點評述（Nature Nanotech., 2016, 11, 579-580）。該工作得到了國家自然科學基金（21571039）以及中科院“百人計劃”經費的支持。