中国物理学家对世界拉曼光谱学发展作出历史性贡献

吴大猷先生在１９３９年出版的国际上第一全面总结分子结构拉曼光谱研究成果的专著（多原子分子的振动谱和结构》,表明中国从一开始就对世界拉曼光谱学的发展有重大贡献,虽然在拉曼光谱学的第二个在发展时期－－六七十年代,由于“文革”,中国的拉曼光谱学停顿,但是在此以前的１９５４年,黄昆先生出了与玻恩合著的《晶格动力学理论》。在八九十年代,中国的拉曼光谱学研究的论文数及水平迅猛上升,尤其在低维纳米材料领域,诞     

光散射学报 2001年 第13卷 总目次

第 1期中国物理学家对世界拉曼光谱学发展的贡献与低维材料的拉曼光谱学研究　　　　…张树霖　　 ( 1 )………………………………………………………………………………现场拉曼光谱研究非水体系中铂电极上甲醇的解离吸附　　　　………………………顾仁敖 ,曹文东 ,曹佩根 ,孙玉华 ,姚建林 ,任　斌 ,田中群　　 ( 8)…………………近场拉曼光谱实验装置及ＣＶＤ金刚石膜的近场拉曼光谱　　　　……………………王晶晶 ,阎　宏 ,邓宇俊 ,李红东 ,张玉峰 ,张　帆 ,夏宗炬 ,高巧君 ,邹英华　　 ( 1 2 )不同类型的金属硫蛋白的振动光谱的观测…     

拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展

二维材料由于其出色的电子、光学和热学特性而成为近年来的研究热点。随着二维材料研究深入,迫切需要一种能对二维材料结构和性能进行准确表征的技术。拉曼光谱作为一种快速,方便且无损的表征技术,在低维材料结构表征方面具有独特的优势。本文主要综述拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展。通过对二维材料典型拉曼特征峰分析,讨论了拉曼光谱在二维材料层数、堆叠方式、晶格取向、缺陷和结构相变等信息测定方面的应用和进展情况。     

ZnO纳米管的拉曼光谱学研究

通过对ZnO纳米管样品的拉曼光谱研究,发现ZnO纳米管拉曼频率和体材料拉曼频率相同,在不同波长激发下,ZnO纳米管拉曼谱峰的频率也保持不变,从而得到了极性晶体拉曼谱不同于以往非极性拉曼谱的特性:在纳米体系中没有出现明显的尺寸限制效应。     

GaN基量子阱的激子跃迁和光学性质

采用光致发光谱、光致发光激发谱以及拉曼光谱对GaN基量子阱材料进行了实验观察和分析 .实验结果表明样品中量子点结构不均匀及InGaN层中In成分分布不均匀 ,且其光致发光谱的波峰是由自由激子辐射复合发光引起的 .同时由室温下InGaN/GaN量子阱的拉曼谱可得知InGaN/GaN多量子阱的结构特征     

高性能ZnO纳米块体材料的制备及其拉曼光谱学特征

利用六面顶高压设备制备了高密度、低脆性、纳米级的ZnO块体材料，用MDI/JADE5 X射线衍射仪(Cu靶)和XL30S-FEG场发射扫描电子显微镜对高压样品的相组成、晶粒尺寸及微观形貌进行了表征.利用E55+FRA106/5傅里叶变换激光拉曼光谱仪通过ZnO块体样品位于50—500cm^-1之内的拉曼光谱, 研究了极性半导体纳米材料的拉曼光谱学特征.发现在极性半导体ZnO纳米块体材料中，没有出现明显的尺寸限制效应. 关键词： ZnO纳米块体 拉曼光谱 尺寸限制效应     

以新型银胶为衬底小鼠血清的表面增强拉曼光谱分析

针对以新型银胶体粒子为表面增强拉曼衬底获得的高信噪比的小鼠血清的表面增强拉曼光谱进行了分析,对小鼠血清拉曼光谱进行了初步指认。文章首先根据银胶体粒子形貌及特性,从电磁场物理增强的角度,分析了表面增强拉曼散射中有关银胶体粒子聚集形成“热点”导致局部电场增强效应的作用机理,并依据“热点”理论的分析,认为这种新型银胶体粒子具有很强的局域电场增强效果。同时运用表面增强拉曼中“热点”的现象,解释了小鼠血清的表面增强拉曼光谱中出现的低含量成分的拉曼光谱现象。希望通过表面增强拉曼光谱,了解血清中某些低含量成分的微小变化,进而能够及时获得机体的状况。研究结果为如何获得高信噪比生物大分子的表面增强拉曼散射光谱,了解丰富的生物分子结构信息提供了一种新的方法,同时也为开拓医学上利用血清进行疾病的早期检测提供了一种分子光谱学手段。     

光合作用体系捕光复合物线性和非线性光谱的理论研究：修正的Redfield方法的验证

使用数值精确的级联方程方法对其计算可靠性进行了验证．目前已知,修正的Redfield方法所用的微扰和马尔科夫近似,在中间耦合区对激发态能量转移会给出不正确的描述．因此研究其在计算各 种光谱信号时是否仍然有效有重要意义．利用不同参数下的二聚体模型和Fenna-Matthews-Olson复合物模型,使用级联方程方法和修正的Redfield方法,计算并比较了它们的吸收谱、发射谱和二维电子相干光谱．研究发现在较大的参数范围内两种方法给出一致的结果,这两种方法的对比也增进了对光合作用捕光复合物的2D光谱中量子拍频信号来源的认识．     

超快速激光光谱学技术在晶态半导体低维材料中的应用

本文结合作者近年来的工作，评述了用超快速激光光谱学技术对晶态半导体低维材料研究的进展，分别讨论了用超快光谱研究晶态半导体低维材料中载流子各种非平衡过程的优势和原理，提出了需要进一步探讨的方面。     

二维材料的变温拉曼光谱研究

拉曼散射是光与物质相互作用过程中发生的一种非弹性光散射现象.由于拉曼散射光通常带有散射物质结构的特征信息,拉曼光谱一直广泛应用于表征材料结构的研究.近年来,拉曼光谱已成为表征低维纳米材料不可或缺的实验内容,因此也对拉曼光谱技术本身的发展提出新的要求.面向表征层状纳米材料的前沿研究,北京大学基础物理实验教学中心在拉曼光谱检测仪器和技术方面进行了一系列的探索.本文主要介绍北京大学近两年在变温拉曼光谱仪研制及二维材料结构表征应用的一些阶段性工作成果.     

低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射

近年来,一系列新型低维光电材料相继涌现,展现出优异的性能。这些光电材料与表面增强拉曼散射(SERS)技术相结合,显示出巨大的应用潜力,有望成为高灵敏SERS活性基底。缺陷与界面调控是低维光电材料SERS应用的重要策略,本文将重点介绍新型低维光电材料缺陷与界面增强拉曼散射的种类和增强机理。通过对缺陷与界面增强拉曼散射的应用和研究前景的展望,启发人们对SERS研究的再思考和再认识。     

半导体微结构物理效应及其应用讲座第三讲半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究.激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响,并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比,在量子化的低维电子结构中,激子的束缚能要大得多,激子效应增强,而且在较高温度或在电场作用下更稳定.这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利.近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展,已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用.     

Dependence of vibrational density of states and Raman spectra on size in non-polar and polar nano-crystalline semiconductors

The vibrational density of states (VDOS) of Si, diamond, SiC, and InSb clusters has been calculated using the cluster model for various cluster sizes. The results show that the peak frequency of optical-like bands of VDOSs of non-polar nano-crystalline (NC) semiconductors varies with size, but that of polar NC semiconductors does not vary with size. We attribute the origin of this different behavior of non-polar and polar NC semiconductors to different interactions in the optical-like modes of them. That is, the deformation potentials for the non-polar NC semiconductors and electrostatic potentials for the polar NC semiconductors. According to the amorphous crystal (aC) model, Raman spectra are directly related to VDOS. In this Letter, it is verified that the aC model can be applied to NC semiconductors. Calculated VDOS are compared with observed Raman spectra of corresponding samples, which show agreement.     

Raman spectra of structures with CdTe-, ZnTe-, and CdSe-based quantum dots and their relation to the fabrication technology

Quantum-dot structures based on the CdTe, ZnTe, and CdSe semiconductors are prepared by molecular-beam epitaxy, colloid chemistry methods, and ball milling, and their Raman spectra are studied. Localized longitudinal phonons are observed in all spectra. The dependence of the localized phonon frequency on the thickness of the ZnTe barrier in CdTe/ZnTe quantum-dot superlattices is used to derive the dispersion relation for longitudinal phonons in ZnTe. The Raman spectra of ensembles of colloidal quantum dots differ from the spectra of the other objects by the absence of tellurium bands and a strong intensity of the longitudinal phonon band of CdTe. It is revealed that the spectra depend on the technology employed to prepare quantum-dot structures.     

Basic Requirements of Spin-Flip Raman Scattering on Excitonic Resonances and Its Modulation through Additional High-Energy Illumination in Semiconductor Heterostructures

We describe the major requirements to experimentally perform and observe resonant spin-flip Raman scattering on excitonic resonances in low-dimensional semiconductors. We characterize in detail the properties of this resonant light scattering technique and evaluate the criteria, which must be fulfilled by the experimental setup and the semiconductor sample studied to be able to observe a spin-flip scattering process. We also demonstrate the influence of additional unpolarized laser illumination with energies, which exceed considerably the band gap energy of the semiconductor nanostructure under study, on the resonantly excited electron spin-flip scattering in InAs-based quantum dot ensembles as well as on the paramagnetic Mn-ion spin-flip in (Zn,Mn)Se/(Zn,Be)Se quantum wells.     

Vibrational properties of elemental amorphous semiconductors

Results of calculations of vibrational densities of states and of infrared and Raman spectra for relatively large model structures representing elemental amorphous semiconductors are presented and discussed. Models for four-coordinated (germanium-like), three-coordinated (arsenic-like), and two-coordinated (selenium-like) materials are included and, where possible, we compared the results with experiment and discuss the limits within which the simple models can be expected to reproduce the behaviours of real materials.     

高压下低维材料的光学特性调控

压力作为独立于物质温度和组分的热力学参量,为物质科学的研究和创新提供了新的维度,已成为发展新概念、创造新理论及探索新材料的重要源泉。本文主要概述了作者近年来在高压下低维材料的光学特性调控方面所取得的一些进展。通过压力改变激子结合能和卤素八面体的扭曲行为,实现了低维卤化物钙钛矿纳米材料发光从“0”到“1”的突破,提出了压力诱导发光的概念;通过引入压力效应,利用压力对纳米材料表面配体的调控,改变了表面配体与CdSe量子点的相互作用和能级耦合,促进了Hirshfeld电荷转移,从而实现了CdSe量子点的荧光大幅度增强近一个数量级;借助高压手段调控能带结构,成功实现了CdSe/CdS半导体纳米晶由准Ⅱ型核壳结构向Ⅰ型核壳结构的构型转变。上述工作加深了对发光材料在极端压缩条件下构效关系的深入理解和认识,研究成果为设计和制备具有特定功能的低维材料提供了新方法。     

Quantum Dot Research: Current State and Future Prospects

This article reviews the current state of research involving semiconductor quantum dots, provides a brief review of the theory behind their unique properties, and an introduction explaining the importance of quantum dot research. The characteristic shifting of the band gap energy with quantum dot size, as predicted from the density of states for low-dimensional structures, allows experimental measurements to determine the extent to which quantum confinement effects play a role in the resulting properties. A few of the current techniques used to measure the presence and physical characteristics of quantum dots and their energy levels is reviewed, including transmission electron microscopy, optical transmission, and Raman and photoluminescence spectroscopy. Finally, some of the more exciting applications for quantum dots currently being researched for use in the field of optoelectronics are reviewed, including quantum dot infrared photodetectors, quantum dot lasers, and quantum dot solar cells. Comments are made on the current progress and the future prospects of quantum dot research and device applications.     

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展，包括四个方面：半导体自组织生长量子点，纳米晶体，微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学。本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续，同时又开辟了一些新的领域，如：单电子的电子学、单光子的光子学，微腔和光子晶体，稀磁半导体和自旋电子的相干输运等，这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算、量子通信打下基础。