中文摘要：

在快点火激光惯性约束聚变研究中，高能电子的输运与能量沉积一直是点火物理研究的核心问题。我们初步的研究发现，阵列碳纳米管对高能电子有优越的输运和准直特性。为了掌握这一现象的规律，发展一种新的电子输运载体，本课题将进一步开展电子在碳纳米管中的输运行为基础研究，旨在理解高能电子在阵列碳纳米管中输运的物理机制，探索阵列碳纳米管相应的最优结构。研究内容包括:(1)单壁/多壁阵列碳纳米管中的静态空间电场分布以及电子输运过程中运动电荷带来的影响;(2)在外加电磁场(如瞬态激光强场)的情况下，单根纳米碳管与阵列碳管的电磁场空间分布，以及电子输运行为和由此产生的Aharonov-Bohm (AB)量子效应;(3)单根/阵列纳米碳管中的电子运动分布函数和系统Hamilton量;(4)高能电子在纳米碳管中的碰撞、散射与吸收过程;(5)高能电子在阵列纳米碳管中的能谱变化，以及能谱改造的原理与方法。

结论摘要：

本项目采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜，对阵列碳纳米管薄膜的各项结构参数的控制进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对样品形貌以及结构进行了表征。研究了催化剂浓度、载气流速、生长时间等对阵列碳纳米管薄膜厚度和宏观取向等参数的影响规律，并探讨了阵列碳纳米管薄膜的生长机理。本项目的另一个重要研究内容是碳纳米管中高能电子输运的物理机制的研究。首先介绍SILEX-1装置上激光辐照阵列碳纳米管靶所产生的高能电子定向输运实验结果，并且介绍了之前研究者利用Particle In Cell（PIC）方法研究所得到的高能电子在等离子化碳纳米管中产生和被准直的物理机制。讨论了能量为MeV的高能电子在材料中输运受材料的阻止和高能电子能量沉积的机制、基本物理模型和碳纳米管的弹道输运的基本理论。结合碳纳米管输运背景建立高能电子在其中输运的物理模型以及高能电子穿越的碳纳米管阵列的物理过程和长程定向输运解释。我们发现，碳纳米管的极端各向异性电阻特征和弹道输运特征，使得高能电子在碳纳米管阵列中镜像电荷只能沿着碳管的方向运动，而不能沿着垂直于碳管的方向运动。那么当碳管沿着垂直方向发散的时候。高能电子会与其镜像电荷发生分立，从而产生一个电场将高能电子向分布中心回拉从而降低发散。同时由于高能电子与镜像电荷的分析，也造成了高能电子电流和碳纳米管回流之间之间的回流平衡被打破，这样碳管的背景电流在高能电子分布中心的电流密度壁高能电子的电流密度要大，从而产生一个局域的强磁场。这个磁场对高能电子同样具有准直效应，因而高能电子的发散角大大被压缩，最终表现为沿着碳管生长方向运动的准直效应。同时由于背景电子的弹道输运，沿着碳管的生长方向的电场非常的弱，在这个方向高能电子几乎不受到阻止。因而高能电子可以沿着这个方向运动一个极其长的距离。