硼径向掺杂锯齿形碳纳米管拉伸应变下能带结构的研究

本文采用基于密度泛函的第一性原理方法对硼径向掺杂锯齿形碳纳米管(6,0)-(10,0)拉伸应变下能带结构进行了研究。研究结果表明:未掺杂锯齿形碳纳米管(6,0)和(9,0)表现为金属性;其余的碳纳米管表现为半导体性。在未进行拉伸且掺杂一个、两个硼原子时,内禀金属性碳纳米管(6,0)和(9,0)依然表现为金属性。由于进一步的σ-π杂化以及杂质带的引入导致碳纳米管能带结构发生较大的变化,碳纳米管(7,0),(8,0),(10,0)由原来窄带隙半导体性转变为金属性,且随着掺杂硼原子的个数增多,能带图中的价带逐渐往导带转变,金属性逐渐变强。我们发现,不管是掺杂一个硼原子还是两个硼原子,硼掺杂碳纳米管(6,0)-(10,0)在拉伸量0%-10%之间依然表现为金属性;且随着拉伸量的增加,费米能级向导带移动的距离越大,金属性变弱。此结果能为设计和开发新型的碳纳米管元件提供理论参考。     

金原子掺杂的碳纳米管吸附CO气体的密度泛函理论研究

鉴于碳纳米管复合材料具有较强气敏性,该性质对于指导剧毒气体探测器的研发具有重要意义,因此,本文采用密度泛函方法对CO气体在本征、金原子掺杂(8,0)单壁碳纳米管的吸附行为进行研究. 通过对吸附体系的几何、电子结构研究表明,CO分子在金原子掺杂的碳纳米管外壁的金原子位置处的吸附能力远大于CO在本征碳纳米管处的吸附,此外,还计算了两种典型位置的电子密度、态密度,进一步支持了掺金碳纳米管对CO气体具有超强的敏感性,因此,金原子掺杂的碳纳米管有望成为探测CO气体的新一代气敏元件. 关键词： 碳纳米管 CO 金原子 掺杂     

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究简

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管(3,0)的硼(B)、磷(P)单个原子掺杂和B/P共掺杂效应.计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂(3,0)单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变.本文还计算了在不同掺杂位点,(3,0)金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使(3,0)金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管（3,0）的硼（B）、磷（P）单个原子掺杂和B/P共掺杂效应. 计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂（3,0）单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变. 本文还计算了在不同掺杂位点,（3,0）金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使（3,0）金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

应用第一性原理密度泛函理论研究了单壁碳纳米管中Stone-Wales(SW)缺陷和氮掺杂情况下的电子结构和光学性质.研究发现,含氮SW缺陷单壁碳纳米管体系的总能降低,结合更稳定,且在费米能级附近出现一条半满的杂质带,并且随着氮掺杂位置的不同,掺杂能态出现显著差异.碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象,在能量小于11eV附近均出现杂质特征峰.本文对计算结果进行了分析研究,可望为含氮SW缺陷碳管在光电材料中的应用提供理论依据. 关键词： 单壁碳纳米管 Stone-Wales缺陷 氮掺杂 光学性质     

过渡金属Pd掺杂AsP结构及其吸附甲醛和一氧化碳的性能研究

基于第一性原理方法,研究了单层本征磷砷AsP和过渡金属钯（Pd）掺杂磷砷AsP的结构,并对比研究了本征和掺杂后的AsP吸附甲醛（HCHO）和一氧化碳（CO）气体分子的稳定性、能带结构、态密度以及电荷差分密度。研究结果表明：经Pd掺杂后AsP由半导体转变为导体;本征AsP吸附一氧化碳最稳定的位置为P-As键顶上,吸附甲醛最稳定的位置为P原子顶上;本征吸附时气体分子与基底之间的距离在3 Å左右,气体分子与基底之间未形成化学键。过渡金属Pd原子掺杂AsP后形成两种结构,分别为Pd原子替换超胞结构中的As原子或P原子。两种掺杂结构分别吸附一氧化碳或甲醛气体分子时,除了Pd原子替换AsP中的As原子形成的结构吸附甲醛的吸附能未明显增加外,其余掺杂结构吸附一氧化碳或甲醛的吸附能和电荷转移较本征吸附时均显著增强,吸附CO分子时,C原子与Pd原子之间形成了化学键。特别是,Pd原子替换AsP中的P原子形成的结构对一氧化碳和甲醛气体分子的吸附性能明显强于Pd原子替换AsP中的As原子所形成的结构。     

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.     

氮掺杂手性碳纳米管的电子结构和输运特性的理论研究

运用第一性原理的密度泛函理论,结合非平衡格林函数,研究了氮原子取代掺杂手性单壁(6,3)碳纳米管的电子结构和输运特性.计算结果表明:不同构形和不同数目的氮原子取代掺杂对手性碳管的输运性质有很复杂的影响.研究发现,氮原子掺杂明显改变了碳管的电子结构,使金属型手性碳管的输运性能降低,电流-电压曲线呈非线性变化,而且输运性能随着杂质原子间间距的变化而发生显著改变.在一定条件下,金属型碳管向半导体型转变. 关键词： 手性单壁碳纳米管 氮掺杂 电子结构 输运性能     

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

碳纳米管作为最先进的纳米材料之一, 在电子和光学器件领域有潜在的应用前景, 因此引起了广泛关注. 掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径. 为了理解相关机理, 利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质. 研究发现, 剪切形变会改变碳纳米管的几何结构, 当剪切形变大于12%后, 其几何结构有较大畸变. 结合能计算表明, 剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性, 剪切形变越大, 稳定性越低. 电荷布居分析表明, 硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存. 能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体. 随着剪切形变加剧, 纳米管超晶格能隙逐渐减小, 当剪切形变大于12%后, 碳纳米管又从半导体变为金属. 在光学性能中, 剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小, 且均出现了红移.     

B掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯及缺陷石墨烯对钠原子的吸附行为.主要研究了三种石墨烯:本征石墨烯(P-graphene)、硼掺杂的石墨烯(Defect-Ⅰ)和硼掺杂的叽咯石墨烯(Defect-Ⅱ).结果表明,与P-graphene相比,Defect-Ⅰ和Defect-Ⅱ在吸附能、电荷密度、态密度和储钠量方面表现出很大的差异.Defect-Ⅰ和Defect-Ⅱ对钠原子的吸附能分别是-3.250 eV和-2.332 eV,约为P-graphene对钠原子吸附能的1.71倍和1.23倍.态密度计算结果表明,Defect-Ⅰ和Defect-Ⅱ中钠原子与硼原子发生轨道杂化,而P-graphene中不存在轨道杂化现象.Defect-Ⅰ和Defect-Ⅱ对钠原子的吸附量分别是9和8个,与P-graphene相比提高.因此,石墨烯中掺杂硼有望成为一种新型的储钠材料.     

Direct observation of excitons and a continuum of one-dimensional Mott insulators: a reflection-type third-harmonic-generation study of Ni-halogen chain compounds

The third-harmonic-generation (THG) spectrum was measured for a NiBr-chain compound, which is a one-dimensional Mott insulator, in a reflection configuration. A sharp peak and a shoulder structure in the THG spectrum are attributed to three-photon resonance to an exciton and a continuum, respectively. The band-edge energy, the exciton binding energy, and the spectral weights for the exciton and the continuum were determined from comparative studies of linear absorption, THG, and electroreflectance spectra. The excitonic effect is more pronounced in the NiCl chain than in the NiBr chain.     

B,P掺杂β-Si3N4的电子结构和光学性质研究

运用第一性原理方法, 计算了B, P两种元素单掺杂和共掺杂的β -Si₃N₄材料的电子结构和光学性质. 结果表明: B掺杂体系的稳定性更高, 而P掺杂体系的离子性更强; 单掺和共掺杂均窄化带隙, 且共掺在禁带中引入深能级, 使局域态增强; 单掺杂体系介电函数虚部、吸收谱和能量损失谱各峰均发生红移、幅值减小, 而共掺后介电函数虚部主峰出现蓝移、能量损失峰展宽、高能区电子跃迁大大增强, 且控制共掺杂的B, P比例可获得较低的带电缺陷浓度.     

Enhancement of electronic,photophysical and optical properties of 5,5′-Dibromo-2,2′-bithiophene molecule: new aspect to molecular design

The aims of this study were to enhance electronic, photophysical and optical properties of molecular semiconductors. For this purpose, the isomers of the B-doped molecule (5,5′-Dibromo-2,2′-bithiophene) have been investigated by density functional theory (DFT) based on B3LYP/6-311++G** level of theory. The isomers were first calculated using kick algorithm. The most stable isomers of the B-doped molecule are presented depending on the binding energy, fragmentation energy, ionization potential, electron affinity, chemical hardness, refractive index, radial distribution function and HOMO-LUMO energy gap based on DFT. Ultraviolet-visible (UV–vis) spectra have been also researched by time-dependent (TD) DFT calculations. The value of a band gap for isomer with the lowest total energy decreases from 4.20 to 3.47 eV while the maximum peaks of the absorbance and emission increase from 292 to 324 nm and 392 to 440 nm with boron doped into 5,5′-Dibromo-2,2′-bithiophene. Obtained results reveal that the B-doped molecule has more desirable optoelectronic properties than the pure molecule.     

不同处理工艺对珍珠的紫外可见漫反射光谱的共性影响研究

主要基于紫外可见（UV-Vis）漫反射光谱首次对比研究了经过热处理、有机或无机染料改色或钴-60产生的γ射线辐照三种不同处理工艺对同为珍珠质的淡水与海水珍珠及贝壳珍珠层的漫反射光谱的影响机制。结果表明：（1）在不同颜色、淡海水属性的珍珠与贝壳珍珠层的UV-Vis反射光谱的紫外区皆存在约280 nm 处的吸收峰,上述吸收峰位归属于珍珠层中自身存在的有机质所致,而非珍珠的致色色素。（2）以上三种不同的处理工艺对上述280 nm处的吸收峰位存在一致的影响行为,即随着不同的处理工艺强度的增大,处理样品对应的反射谱图中约280 nm处吸收峰的强度逐渐降低直至消失。与此同时,珍珠的反射谱图中紫外区的反射主波长的反射强度也随之减弱,且反射主波长的峰位向可见光区发生显著红移。研究工作可为珍珠及珍珠的优化处理的鉴定筛选及其珍珠颜色的形成属性判定提供检测依据与理论支撑。     

常见灰色珍珠的紫外可见漫反射光谱类型及其灰色成因

基于紫外可见（UV-Vis）漫反射光谱就当前市售流通领域常见的灰色珍珠品类进行表征并依据样品的反射谱图的类同特征予以分类,并初步探究了灰色珍珠的颜色成因。研究表明：(1)基于灰色珍珠的UV-Vis 漫反射光谱中约280 nm 处吸收峰的有无,首次将灰色珍珠分为Ⅰ型（存在明显的吸收）与Ⅱ型（无吸收或仅存在较弱的吸收）。并据Ⅰ型珍珠在其紫外可见光区的反射峰形与其反射主波长位置的差异进一步分为Ⅰn, Ⅰp与Ⅰf三个亚型,上述Ⅰ型珍珠均为有核珍珠。其中Ⅰp型珍珠的内核为白色、内核与珍珠层之间较多存在褐色、黑褐色的过渡层,该过渡层可能是导致珍珠呈灰色的直接原因。与此同时,上述Ⅰp型珍珠在宝玉石鉴定领域一般认为是未经处理的。（2）结合前人就珍珠辐照的相关工作及本工作中贝壳珍珠层辐照前后颜色的改变及UV-Vis反射光谱的变化特征, 推断辐照仍是人工处理导致珍珠呈现灰色主要原因之一。基于样品对应的UV-Vis反射光谱中约280 nm吸收峰的消失或仅呈现一吸收肩可初步定性该类珍珠经优化处理。同时,从Ⅱ类灰色珍珠的断面结构看,当前灰色珍珠并不仅局限于有核珍珠,无核灰色珍珠同样存在于流通领域。课题研究工作可为灰色珍珠及其优化处理品的鉴定提供理论与技术支撑。     

Resonant soft x-ray scattering from stepped surfaces of SrTiO3

We studied the resonant diffraction signal from stepped surfaces of SrTiO(3) at the Ti 2p → 3d (L(2,3)) resonance in comparison with x-ray absorption (XAS) and specular reflectivity data. The steps on the surface form an artificial superstructure suitable as a model system for resonant soft x-ray diffraction. A small step density on the surface is sufficient to produce a well defined diffraction peak. We determined the optical parameters of the sample across the resonance and found that the differences between the energy dependence of the x-ray absorption signal, the specular reflectivity and the step-related peak reflect the different quantities probed in these signals. When recorded at low incidence or detection angles, XAS and specular reflectivity spectra are strongly distorted by the changes of the angle of total reflection with energy. The resonant diffraction spectrum is less affected and can be used as a spectroscopic probe even in less favorable geometries.     

Enhancement of ultrafast nonlinear optical response of silicon nanocrystals by boron-doping

Nonlinear optical responses of boron (B)-doped silicon nanocrystals (Si-ncs) embedded in borosilicate glass were studied by z-scan and optical Kerr gate methods under femtosecond excitation at 780 nm. The nonlinear refractive index (n(2)) and the two photon absorption coefficients (β) of B-doped Si-ncs were found to be 3 times enhanced, compared to those of intrinsic Si-ncs. The response time was faster than 100 fs even at 5 K. The origin of the large nonlinear optical response was discussed, based on the experimental data of n(2), electron spin resonance spectra, and linear absorption spectra.     

掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱结构中带电激子的磁场效应

报道了n型掺杂ZnSe/BeTe/ZnSe Ⅱ型量子阱(type-Ⅱ QW)在极低温 (5—10 K)条件下的各种光学性质. 磁场中(Farada配置)ZnSe层的反射光谱展示了一个典型的负的带电激子(X^-)的跃迁特征. 对于空间间接光致发光(spacially indirect PL)光谱,它的主发光峰显示了一个反玻尔兹曼分布的非对称性,并且在磁场中(Voigt配置)它的峰值能量随磁场的增加而降低. 这些实验结果显示了该掺杂样品的空间间接PL是来自Ⅱ型QW结构所特有的带电激子的跃迁. 关键词： 光致发光 二维电子气 带电激子 Ⅱ型量子阱     

应用FTIR研究模式植物拟南芥和烟草甲醛代谢机理的差异

运用FTIR技术分析模式植物拟南芥和烟草在甲醛胁迫条件下体内各物质含量的变化规律及光谱表征,为推定两种植物甲醛代谢机理的差异提供线索。拟南芥红外光谱中1 376 cm-1的纤维素峰没有出现在烟草样品中。在应对甲醛胁迫时,它的强度值下降趋势比其他吸收峰小,说明拟南芥体内的甲醛主要流向氧化生成甲酸和CO₂的途径。胁迫后期该吸收峰强度值下降,而其他物质的峰持续上升,说明该途径中相关酶基因的表达可能受到甲醛抑制,而其他途径的酶基因表达不受影响。烟草用甲醛处理后红外光谱中各化学成分的含量变化趋势一致,说明甲醛进入各代谢途径的流量差别不大。第4天时烟草红外光谱各吸收峰的强度值再次下降是其甲醛代谢能力较弱结果,表明烟草对甲醛的抗性不如拟南芥强。