金属薄膜表面化学反应活性中的量子尺寸效应

本文首先简要介绍了金属薄膜的量子尺寸效应及其对表面化学性质的影响,然后对Pb/Si体系量子尺寸效应的近期研究进行了综述,最后详细介绍了量子效应对表面化学反应活性的影响。扫描隧道显微镜观察表明:在Pb(111)单晶薄膜表面上的分子吸附和氧化反应随着薄膜厚度一个原子层一个原子层变化时会出现振荡现象。通过研究薄膜中量子阱态的形成、费米能级处电子态密度的变化与薄膜的表面反应活性之间的关系,我们从实验上直接定量地证明了量子尺寸效应对表面反应活性的调控作用。     

量子尺寸效应对原子表面扩散运动具有调制作用

近日，中科院物理所表面物理国家重点实验室SF4研究组及其合作者在薄膜生长动力学研究中取得新进展．他们从实验和理论上研究了Si（111）单晶衬底上Pb薄膜中的厚度变化对原子表面扩散运动的影响，证明了量子尺寸效应对原子表面扩散运动的调制作用．该成果被选作封面图片发表在美国《物理评论快报》上．     

锂薄膜的第一性原理计算:量子尺寸效应和原子氢的吸附

采用第一性原理方法计算Li（110）、（100）和（111）三个表面方向3至30层自由薄膜的表面能和氢原子的吸附能.随着层厚变化出现量子振荡现象,即量子尺寸效应.重点计算Li（110）表面吸附氢原子吸附高度、吸附氢原子前后费米能级处的态密度和功函数.这些量都随着层厚变化出现明显的量子振荡,且与表面能或吸附能的振荡有明显的相关性.计算发现Li（110）薄膜表面的功函数由于吸附氢原子而降低了约0.9 eV,吸附的氢原子拉低了最外层Li原子和真空层的静电势,导致吸附氢原子后功函数下降.     

Be(0001)薄膜中的量子尺寸效应与吸附氢的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理方法对铍自由表面的电子结构及表面原子氢的吸附能作了详细计算，给出Be(0001)薄膜的电子结构、表面能、电子功函数、层间弛豫等物理量随厚度变化关系，同时讨论了原子氢在Be(0001) 表面的吸附性质，给出了吸附能及局域电子态密度随铍薄膜层厚的变化关系，体现了铍薄膜的量子尺寸效应.     

原子氢在Be(1010)薄膜上吸附的第一性原理计算

对原子氢在Be(1010)薄膜表面的吸附性质做了第一性原理计算研究.根据原子面间距的不同，可把Be(1010)表面分为两种.计算结果表明，原子氢在这两种表面上的吸附性质显著不同.为阐明和分析这些不同，系统计算和分析了Be(1010)薄膜的表面电子结构、电子功函数、平均静电势和局域电荷密度.这些物理量都自洽地表明，吸附过程中原子氢和表面铍原子间的电荷转移过程对于两种表面是完全不同的.对于L型表面来说，电荷由吸附原子氢向表面Be原子层转移，而对于S型表面而言，电荷转移过程恰恰相反. 关键词： 表面能 功函数 量子尺度效应     

基于量子尺寸效应的纳米内包层光纤放大性研究

本文利用改进的化学汽相沉积法制作出纳米级InP薄膜内包层光纤;根据氢原子本征能量模型计算了InP微粒产生量子尺寸效应的相对粒径aB=8.313nm,且由量子尺寸效应计算了不同尺寸粒子的带隙能量以及相对应的光吸收波长;结果表明：当内包层薄膜材料厚度达5－50nm量级时,其能级将发生红移,产生放大性能.     

PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质

本文研究了PbS半导体超微粒子的量子尺寸效应和光学性质以及它们周围介电环境对其光学性质的影响,发现表面修饰有效地减少粒子表面缺陷,增加它们的发光强度。利用紧束缚模型,讨论了实验结果。     

Bi(110)薄膜在NbSe_2衬底上的扫描隧道显微镜研究

二维拓扑绝缘体因其特殊的能带结构带来的新奇物理性质,成为近年来凝聚态物理的研究热点.尤其是在引入超导电性之后,二维拓扑绝缘体中可能存在马约拉纳费米子(Majorana fermion),因此在量子计算方面具有重大应用前景.在Bi(111)薄膜被证实为二维拓扑绝缘体之后, Bi(110)薄膜引起了广泛关注,然而其拓扑性质还存在争议.本文利用分子束外延技术在室温低生长速率环境下成功制备出了高质量的单晶Bi(110)薄膜.通过扫描隧道显微镜测量发现,薄膜以约8个原子层厚度为分界,从双层生长转变为单层生长模式.结合隧道谱测量发现,在NbSe_2衬底上生长的Bi(110)薄膜因为近邻效应而具有明显的超导性质,但并未显示出拓扑边缘态的存在.此外,对薄膜中特殊的量子阱态现象也进行了讨论.     

基于量子尺寸效应的InP纳米内包层光纤研制及放大性

利用改进的化学气相沉积法制作出纳米级InP薄膜内包层光纤;根据氢原子本征能量模型计算了InP微粒产生量子尺寸效应的相对粒径a_B=8313 nm,且由量子尺寸效应计算了不同尺寸粒子的带隙能量以及相对应的光吸收波长;由测试工作系统测试,在906—1044 nm,1080—1491 nm,1524—1596 nm 波段上均有增益;结果表明：当内包层薄膜材料厚度达5—50nm量级时,其能级将发生红移,产生放大性能. 关键词： 纳米包层光纤 量子尺寸效应 光放大     

SiC纳米杆的弛豫性能研究

采用Tersoff势对SiC驰豫性能进行了分子动力学模拟.模拟了SiC在驰豫过程中的动态平衡变化过程，研究了表面效应和小尺寸效应对原子位置，原子能量分布的影响.模拟结果表明，SiC纳米杆受表面效应和小尺寸效应的影响很大，在不加外载和约束的情况下，出现了不同于宏观SiC杆的弯扭屈伸现象，最终形成了带有一定扭转弯曲量、总能量达到最低的稳定状态. 关键词： SiC纳米杆 分子动力学 表面效应 小尺寸效应