共轭高聚物中低浓度掺杂下的杂质分布研究

基于紧束缚近似,研究了一维共轭高聚物链在链呈电中性,以及链中带有正、负电荷等不同情况下低浓度掺杂对系统稳定性的影响,并采用绝热近似下的自洽计算方法得出了系统在掺杂前后发生的总能量改变。研究发现,掺杂位置对系统稳定性的影响非常明显。根据杂质分布的特点,一条共轭高聚物链一般可分为链端区、中心区和过渡区三个明显不同的区域。系统的稳定性不仅受掺杂位置,杂质势的强度及性质影响,而且还受到高聚物链的载荷状态的影响。在链端区及过渡区,杂质分布趋向于凝聚成畴,而在中心区域,杂质趋于均匀分布。该研究表明,通过对掺杂条件的控制,可以有效控制杂质在共轭高聚物中的分布状态。     

共轭高聚物链中极化子生成的掺杂效应

在紧束缚近似下,用绝热动力学演化的方法研究了共轭高聚物链中低浓度掺杂对极化子生成位置的影响.研究发现,掺入杂质与注入电子的先后次序不同,极化子生成的位置会有很大差别,先注入电子后掺入杂质的情况下,在链端自由区与过渡区,极化子生成位置受杂质影响较小;而先杂质后电子的次序下,极化子的生成位置明显受到杂质的控制.该研究表明共轭高聚物链中极化子的生成位置可通过调节掺杂与电荷注入的次序加以控制,从而可达到间接改变载流子迁移率的目的.     

共轭高聚物链中极化子生成的掺杂效应

在紧束缚近似下,用绝热动力学演化的方法研究了共轭高聚物链中低浓度掺杂对极化子生成位置的影响。研究发现,掺入杂质与注入电子的先后次序不同,极化子生成的位置会有很大差别,先注入电子后掺入杂质的情况下,在链端自由区与过渡区,极化子生成位置受杂质影响较小;而先杂质后电子的次序下,极化子的生成位置明显受到杂质的控制。该研究表明共轭高聚物链中极化子的生成位置可通过调节掺杂与电荷注入的次序加以控制,从而可达到间接改变载流子迁移率的目的。     

共轭高聚物中的杂质分布:晶格形态及高浓度掺杂效应

基于扩展Su-Shrieffer-Heeger(SSH)模型,通过自洽计算的数值方法,研究了共轭高聚物链表现为孤子态和大极化子态两种不同晶格形态时链内的杂质分布情况,计算结果显示,分立的畴壁可导致高聚物链中形成多个稳定的势阱,有利于杂质在链中聚集分布.此外,还研究了在较高浓度的掺杂条件下,共轭高聚物链内的杂质分布规律.结果显示,杂质倾向于在中心区形成高浓度分布,而在链端区,杂质更倾向于离散分布.该研究表明,高浓度掺杂下杂质分布具有稳定的特征,晶格形态对杂质分布具有显著的影响,这些结论可为实验上操控杂质在共轭高聚物中的分布提供一定的帮助.     

共轭高聚物中的杂质分布：晶格形态及高浓度掺杂效应

基于扩展Su-Shrieffer-Heeger (SSH)模型,通过自洽计算的数值方法,研究了共轭高聚物链表现为孤子态和大极化子态两种不同晶格形态时链内的杂质分布情况,计算结果显示,分立的畴壁可导致高聚物链中形成多个稳定的势阱,有利于杂质在链中聚集分布。此外,还研究了在较高浓度的掺杂条件下,共轭高聚物链内的杂质分布规律。结果显示,杂质倾向于在中心区形成高浓度分布,而在链端区,杂质更倾向于离散分布。该研究表明,高浓度掺杂下杂质分布具有稳定的特征,晶格形态对杂质分布具有显著的影响,这些结论可为实验上操控杂质在共轭高聚物中的分布提供一定的帮助。     

共轭高聚物中极化子形成的自洽迭代收敛性

用自洽迭代的方法模拟了一维共轭高聚物链中极化子的形成,得出有机物链的初始晶格位形与自洽迭代收敛性的关系。对于初始晶格位形为键长有规律交错变化的一维晶格,闭链的收敛精度远高于开链的收敛精度,表明有机物链越长收敛越慢。对于闭链,降低晶格的对称性,有利于自洽迭代收敛于极化子。在有机物链中出现杂质的情况下,我们发现杂质所处的位置同收敛性密切相关,当掺杂发生在有机物链的中心附近区域时,自洽迭代单调收敛;而当掺杂发生在其它区域时,收敛过程出现波动性,导致收敛过程变慢。我们的研究表明,一维有机分子链中载流子的生成同初始晶格的位形与分子链所处的环境密切相关,这预示着在更复杂的有机物结构中,可能存在新型的复合载流子。     

共轭高聚物中极化子形成的自洽迭代收敛性

用自洽迭代的方法模拟了一维共轭高聚物链中极化子的形成,得出有机物链的初始晶格位形与自洽迭代收敛性的关系。对于初始晶格位形为键长有规律交错变化的一维晶格,闭链的收敛精度远高于开链的收敛精度,表明有机物链越长收敛越慢。对于闭链,降低晶格的对称性,有利于自洽迭代收敛于极化子。在有机物链中出现杂质的情况下,我们发现杂质所处的位置同收敛性密切相关,当掺杂发生在有机物链的中心附近区域时,自洽迭代单调收敛;而当掺杂发生在其它区域时,收敛过程出现波动性,导致收敛过程变慢。我们的研究表明,一维有机分子链中载流子的生成同初始晶格的位形与分子链所处的环境密切相关,这预示着在更复杂的有机物结构中,可能存在新型的复合载流子。     

共轭高分子链中电荷迁移的热效应

从理论上研究了共轭高聚物链中在电场作用下极化子运动的热效应.基于SSH模型以及通过绝热动力学演化的方法,模拟了共轭高聚物链中极化子在电场作用下从链左端向右端运动的过程.晶格受到的热扰动作用假设为通过局域的晶格范围内原子位移的随机涨落来实现.结果发现,晶格中的局域热涨落对于运动中的极化子而言等效于一个势垒.势垒高度由高分子中受到热扰动的区域的范围大小以及该区域与其周围环境的温差来决定.当分子中存在热吸收不均匀的现象时,链内极化子迁移率在低电场范围内随电场的变化遵循对数曲线变化规律.     

掺杂对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响

文章分析了不同含量的杂质对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响.利用Bruggeman有效介质理论得到了含有不同体积份额杂质的硅酸盐粒子的等效复折射率.采用离散偶极子近似方法对包含有不同化学成分的随机分布团簇粒子的缪勒矩阵进行了数值计算,给出了各个缪勒矩阵元素的散射角分布曲线,探讨了不同含量的杂质对随机分布团簇粒子缪勒矩阵的影响.研究表明,掺杂对随机分布团簇粒子的缪勒矩阵存在着不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的变化而显著变化. 关键词： 团簇粒子 缪勒矩阵 Bruggeman有效介质理论 离散偶极子近似方法     

不同价态Mn掺杂InN电子结构、磁学和光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论体系下的广义梯度近似GGA+U平面波超软赝势方法,在构建了纤锌矿结构的InN超胞及三种不同有序占位Mn~(2+),Mn~(3+)价态分别掺杂InN超胞模型,并进行几何优化的基础上,计算了掺杂前后体系的电子结构、能量以及光学性质.计算结果表明:Mn掺杂后体系总能量和形成能降低,稳定性增加,并在费米能级附近引入自旋极化杂质带,体系具有明显的自旋极化现象.掺杂不同价态的Mn元素对体系电子结构和磁学性质产生了不同的影响.电子结构和磁性分析表明掺杂体系的磁性来源于p-d交换机制和双交换机制的共同作用,Mn~(3+)价态掺杂有利于掺杂体系的居里温度达到室温以上.与未掺杂InN相比,不同价态Mn元素掺杂后体系的静态介电函数显著增大,掺杂体系介电函数虚部和吸收光谱在低能区域出现了较强的新峰,分析认为这些新峰主要来自与费米能级附近自旋极化杂质带相关的跃迁.     

Sn掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,利用广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerdorf泛函,计算了不同Sn掺杂浓度下SZO(Sn∶ZnO)体系的电子结构与光学性质.研究了Sn掺杂浓度对SZO(Sn∶ZnO)的晶体结构、能带结构、电子态密度及光学性质的影响,并结合计算的能带结构和差分电荷密度对比分析了掺杂位置对计算结果的影响.研究结果表明,随着Sn掺杂浓度的增加,晶格常数c与a的比值变化很小,掺杂后晶胞没有发生畸变.掺杂体系的能量逐渐增大,稳定性减弱,且随着掺杂浓度的增加,带隙呈现先减小后增大的变化规律.掺杂后的SZO(Sn∶ZnO)成为间接带隙半导体,在导带底部附近出现了大量Sn原子贡献的导电载流子,明显提高了掺杂体系的电导率,并在费米能级附近与价带顶部之间出现一条由Sn原子贡献的杂质能级,能带结构呈现半填满状态,价带部分的电子态密度峰值向低能方向移动约1.5eV.同层掺杂的电子得失程度较大,带隙比相邻层掺杂和隔层掺杂时小.掺杂后吸收带边发生红移,材料对紫外光的吸收能力明显增强,介电常数虚部增大,主要跃迁峰向高能方向移动.计算结果表明SZO(Sn∶ZnO)是一种优良的透明导电薄膜材料.     

含炔基有机硅共轭聚合物的光谱性能研究

应用荧光光谱、紫外光谱对不同结构的含炔基有机硅共轭聚合物的发光性能进行了表征和研究。探讨了聚合物主链上Si原子取代基的结构以及主链中炔基单元结构对其发光性能的影响,研究结果表明,聚合物可在219～260 nm处有紫外吸收,随着Si原子上取代基共轭性能的增强,以及主链中炔基数目的增多、链段共轭程度的增大,最大吸收波长红移。取代基的影响较小,主链共轭结构对吸收光谱的影响明显。不同主链结构的共轭聚合物在320～353 nm处发出一定强度的荧光。结果显示,聚合物主链共轭基团的结构对发射光谱具有明显的影响,随着主链中炔基数目的增多,最大发射波长显著向长波方向移动。由于此类聚合物的特殊结构使得他们具有良好的热学稳定性,因此这类聚合物具有潜在的光学应用价值。     

BN链掺杂的石墨烯纳米带的电学及磁学特性

基于密度泛函理论第一性原理系统研究了BN链掺杂石墨烯纳米带(GNRs)的电学及磁学特性, 对锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)分非磁态(NM)、反铁磁态(AFM)及铁磁性(FM)三种情况分别进行考虑. 重点研究了单个BN链掺杂的位置效应. 计算发现: BN链掺杂扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs) 能使带隙增加, 不同位置的掺杂, 能使其成为带隙丰富的半导体. BN链掺杂非磁态ZGNR的不同位置, 其金属性均降低, 并能出现准金属的情况; BN链掺杂反铁磁态ZGNR, 能使其从半导体变为金属或半金属(half-metal), 这取决于掺杂的位置; BN链掺杂铁磁态ZGNR, 其金属性保持不变, 与掺杂位置无关. 这些结果表明: BN链掺杂能有效调控石墨烯纳米带的电子结构, 并形成丰富的电学及磁学特性, 这对于发展各种类型的石墨烯基纳米电子器件有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 BN链掺杂 输运性质 自旋极化     

硼或氮掺杂的锯齿型石墨烯纳米带的非共线磁序与电子输运性质

基于非共线磁序密度泛函/非平衡格林函数方法,研究了硼或氮掺杂的锯齿型石墨烯纳米带的非共线磁序与电子透射系数.未掺杂的石墨烯纳米带的计算结果表明磁化分布主要遵循类似于Neel磁畴壁的螺旋式磁化分布.相比于未掺杂的情况,硼/氮掺杂的石墨烯纳米带的磁化分布出现了双区域的特征,即杂质原子附近的磁化较小,杂质原子左(右)侧区域的磁化分布更接近于左(右)电极的磁化方向,这为通过掺杂手段在石墨烯纳米带边缘上构建不同磁畴壁提供了可能性.与未掺杂的透射系数不同的是,硼/氮掺杂的石墨烯纳米带的透射系数在费米面附近随着磁化偏转角增大而减小,表明非共线磁序引起的自旋翻转散射占据主导地位.而在E=±0.65 eV处,出现了一个较宽的dip结构,投影电子态密度的分析表明其来源于杂质原子形成的束缚态所引起的背散射.我们的研究结果对于理解石墨烯纳米带中的非共线磁序与杂质散射以及器件设计具有一定的意义.     

Zn1-xMnxS(001)稀磁半导体薄膜的能量稳定性、磁性和电子结构

通过基于广义梯度近似的总能密度泛函理论研究不同Mn掺杂浓度的ZnS(001)薄膜的电学和磁学特性. 计算单个Mn原子和两个Mn原子处于各种掺杂位置及不同的磁耦合状态时的能量稳定性.计算了单个Mn原子掺杂和两个Mn原子掺杂的ZnS(001)薄膜的态密度. 不同掺杂组态的p-d杂化的程度不同. 不同掺杂组态,Mn原子所处的晶场环境不同,所以不同掺杂组态的Mn的3d分波态密度峰的劈裂有很大的不同. 掺杂两个Mn原子时,得到三种稳定组态的基态都是反铁磁态. 分析了以上三种能量稳定的组态中,两个Mn原子在不同磁耦合状态下的3d态密度图. 当两原子为铁磁耦合时,由于d-d电子相互作用,使反键态的态密度峰明显加宽. 随着Mn掺杂浓度的增加,Mn原子有相互靠近,并围绕S原子形成団簇的趋势. 对于这样的组态,Mn原子之间为反铁磁耦合能量更低.     

温度改变对钛氧化物忆阻器导电特性的影响

相同测试条件下,纳米钛氧化物忆阻器的导电过程存在不稳定性,制约了对器件瞬态阻抗的精确读取与控制,并影响了器件应用于电路设计的可靠性与稳定性.杂质漂移与隧道势垒的共存是导致上述不稳定性的可能因素,且杂质漂移特性与环境温度密切相关.然而,目前尚无通过控制温度提高忆阻器导电稳定性的具体研究.基于杂质漂移与隧道势垒共存,本文分析了温度与忆阻器导电特性的关联,研究了器件活跃区域厚度及初始掺杂层厚度的改变对临界温度的影响,利用SPICE软件进行了仿真验证并给出结果,得出提高忆阻器导电稳定性的方法有:增大活跃区域厚度、降低初始杂质浓度及保持环境温度稳定且低于临界温度,从而为制备性能稳定的忆阻器及推动器件在实际电路中的应用提供依据.     

Nb掺杂对γ-TiAl抗氧化能力影响的第一性原理研究

添加Nb被证实是提高TiAl合金抗氧化能力最有效的途径之一,但对于其机理仍然存在一些相互矛盾的解释.运用第一性原理方法对γ-TiAl氧化过程中存在的几种重要点缺陷杂质进行了系统的研究.在确定杂质的稳定结构基础之上,研究发现：γ-TiAl中Nb掺杂的形成能随着含量的增加而升高,导致γ-TiAl相的稳定性降低,对抗氧化性能造成不利影响;而间隙O和Ti空位的形成能随Nb掺杂量的增加而显著升高,因此Nb能有效地降低氧扩散及空位缺陷的进入,从而提高γ-TiAl的抗氧化性能;Nb掺杂对降低杂质含量的作用存在明显的局域特性,是一种近程作用,因此Nb在γ-TiAl中的作用与其含量和分布有关. 关键词： γ-TiAl 高温氧化 Nb掺杂 形成能     

区域熔化点掺杂的数学分析

本文对区域熔化点掺杂过程进行了详细的数学分析。得到了点掺杂区熔后杂质沿锭长分布的一系列普遍公式。在本文研究的范围内,利用这些公式,不难写出任意次区熔后锭条上的杂质分布,而不受区熔次数和掺杂点数目之限制。作为一个特例,具体计算了k=0.35,四点掺杂,三次区熔后杂质沿锭长的分布情况,得到:当各掺杂点之位置与掺杂量选取适当时,在总锭长为21.5个熔区长度的料锭中,其16个熔区长度范围内的杂质浓度相对起伏可小于±3.0％。     

单双层共轭系统的共轭高度对等晕角的影响

 简要介绍了传统自适应光学系统的局限性和多层共轭自适应光学基本原理。模拟了单双层共轭校正系统的共轭高度，并结合平程与垂程(HV模型)两种传输状态对系统等晕角增益作了进一步的分析。对单层共轭系统，在20 km的传输距离内，在平程中整个区域都属于等晕角放大区，共轭高度的最佳位置在传输距离的中间（约10 km处），等晕角取极大值，增益效果较好；但垂程中增益效果变差，且等晕角放大区也仅在3.6 km之内。对双层共轭系统来说，第1层共轭高度的变形镜主要对近距离畸变波前进行校正，并对整个传输距离的等晕角影响很大，是双层共轭系统的关键因素；第2层共轭高度对远距离等晕角影响较大。     

共轭链对具有特殊电荷转移结构分子超极化率的影响

近年来实验发现扭曲型分子内电荷转移(TICT)分子具有独特的分子内电荷转移机理和不同寻常的NLO响应系数.本文在MP2/6-311++G(d,p)水平上,结合有限场方法系统探讨了不同共轭链及共轭链长度对TICT分子一阶超极化率β的影响,并与传统D-π-A分子相比较.研究表明,共轭链对TICT分子与传统D-π-A分子β影响不同,且随着共轭链增长,TICT分子β提高更为显著.特别是共轭链为苯环的P4分子,当苯环重复单元数n=3时,其β远远大于其它具有不同共轭链的分子.