γ 射线辐照缺陷对单层 MoS2 光谱学性质的调控研究

围绕着过渡金属二硫族化合物( 简称 TMDs) 材料的研究在近十年来一直是相关领域的热点. 本文利用γ射线辐照, 在单层 MoS2 中引入辐照缺陷, 利用光谱学手段结合原子力显微术研究辐照缺陷对单层 MoS2 光谱性质和能谷特性的影响. 结果表明,γ 射线成功地在单层 MoS2 中引入了辐照缺陷, 辐照缺陷对其室温拉曼谱和光致发光谱(photoluminescence, 简称PL) 影响较小, 但对其低温PL 特性有显著影响, 并且缺陷态束缚激子呈现出与自由激子截然不同的谷极化特性; 相较于自由激子, 缺陷态束缚激子的谷极化度对外加磁场的变化更为敏感, 并在面外磁场>2 T 时达到饱和, 保持在约30% .     

科技动态

有机量子线中单激子态的宏观干涉宏观量子干涉早已经在诸如超导、量子液体、冷原子凝聚等多体系统中观测到,但并不是单个元激发态的效应.从原理上说,理想半导体中的激子可以是退局域的平面波而扩展到整个体内,但实际材料中的缺陷抑制了长程干涉现象的观测.近日,科学家发现,共轭     

激子复合区厚度对有机磁效应的影响

在常规型有机发光二极管的基础上, 通过改变发光层tri-(8-hydroxyquinoline) aluminum (III) (Alq₃)厚度, 研究了激子复合区厚度对有机发光二极管磁效应的影响.测量了器件在不同温度及偏压下电致发光及注入电流在外加磁场作用下的变化, 着重研究了低温下的有机磁电导效应和有机磁电致发光效应.实验发现, 低温(50 K)高磁场 (500 mT)下, 器件表现出随Alq₃厚度的减薄, 磁电导值由正到负再到正的非单调变化.利用磁场调控的超精细相互作用、 磁场抑制的三重态激子-电荷反应以及激子在界面的淬灭效应, 对有机磁电导在低温下表现出的现象进行了定性的解释.实验结果表明, 通过改变激子复合区的厚度, 可以实现对激子浓度的有效调节, 进而实现对有机磁电导和磁电致发光效应的调节. 该研究进一步丰富了有机磁效应的实验现象, 同时提供了一种调控有机磁效应的手段. 关键词： 激子复合区 激子浓度 有机磁电导 有机磁电致发光     

非磁性发光材料的磁场效应:从有机半导体到卤化物钙钛矿

磁场效应(magnetic field effects, MFEs)指的是材料或器件的光电物理特性(包括光致发光、电致发光、注入电流、光电流等)在外加磁场下发生的变化.本文所述的是非磁性发光材料的MFEs,其首先在有机半导体光电器件中被发现.近十几年来, MFEs作为一种新兴的物理现象引起了广泛的研究;同时它也成为一种独特的实验手段,用以探讨有机半导体中电荷的输运、复合以及自旋极化等过程.近期的研究发现, MFEs不仅存在于有机半导体中,而且在拥有强自旋-轨道耦合作用的金属卤化物钙钛矿材料中被观测到,这既拓展了MFEs的研究方向,也为通过研究MFEs来探索金属卤化物钙钛矿器件的物理机制,进而为提升其器件性能提供了契机.本文重点关注有机半导体和卤化物钙钛矿在磁场下的电致发光和光致发光变化,即发光的磁场效应.回顾了到目前为止主流的理论模型和代表性实验现象,对比分析了磁场下有机半导体和卤化物钙钛矿的发光物理行为.以期为有机及钙钛矿磁场效应领域的研究提供一些思路,同时为有机及钙钛矿发光领域的发展贡献些许想法.     

La2/3Ca1/3MnO3的巨磁熵效应

本文对超大磁阻材料Ｌａ２／３Ｃａ１／３ＭｎＯ３的巨磁熵效应进行了研究,通过测量不同磁场下的磁化－温度曲线,发现伴随铁磁－顺磁相变有一个大的磁熵变化,这个结果表明钙钛矿锰氧化物可以作为磁致冷技术中的工作物质。     

磁场和量子点尺寸对激子性质的影响

在In_0.6Ga_0.4As/GaAs量子点中,采用一维等效势模型和有限差分法理论计算了激子态的性质,得到了激子跃迁能和束缚能随磁场、横向束缚强度以及量子点尺寸的变化关系.结果表明:加入磁场后,Zeeman效应使得激子的能级简并度解除,激子的基态跃迁能与实验符合得很好;横向束缚强度或磁场强度的增加使得激子的束缚增强;量子点的尺寸对激子的束缚产生重要的影响;通过电子-空穴间平均距离以及激子体系波函数分布图像分析了其产生的物理机制.     

外加磁场下抛物型量子线中的带电激子

在一维等效模型下采用有效差分法对抛物型量子阱线中带电激子的束缚能进行了计算,分析了约束势以及磁场对带电激子束缚能的影响,并对带正电激子(X⁺)和带负电激子(X^-)的情况进行了比较.结果表明:电子和空穴的振子强度对带电激子的稳定性有重要影响,X⁺的束缚能不总是比X^-的大,随着空穴振子强度的增加束缚能的函数曲线将会出现交叉,这同实验得到的结果符合;磁场的存在会增加粒子间的束缚,并且磁场对束缚能的影响同振子强度大小有关. 关键词： 带电激子 量子线 束缚能 磁场     

非线性激发的磁激子对的振荡特性

通过分析放置于微波谐振腔中的磁有序晶体中的磁激子对激励过程，推导出了磁激子对的运动方程，发现磁激子对不能被认为是两个单个的磁激子的一般组成，而是可以整体的看作为一个具有非线性行为的单模谐振子.依据微波谐振腔与磁激子对集体形成的谐振器之间的耦合作用的机理，可以定性解释在有关磁激子对激励实验中所出现的双峰现象.     

基于第一性原理的钙钛矿材料空位缺陷研究

为了获得优异的钙钛矿材料,本文系统地研究有机-无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3)的电子结构和光学特性,同时探究了空位缺陷对其光学性质的影响。首先,采用Materials Studio软件构建本征钙钛矿材料的电子结构,并基于广义梯度近似的方法(GGA)和Perdew-Burker-Ernzerhof (PBE)泛函,优化其电子结构并计算本征钙钛矿材料的电学和光学特性。通过采用范德华力修正,解决了密度泛函理论低估带隙的问题,得到准确的带隙。其次,研究不同的空位缺陷(Pb空位和I空位缺陷)对钙钛矿材料的电子结构的影响,并计算其能带、态密度和光学性质。最后通过对比本征钙钛矿材料和空位缺陷的钙钛矿材料特性,从微观机理研究空位缺陷对其光学性质的影响。结果表明:本征钙钛矿材料带隙为1. 52 e V,这与实验测得的带隙值基本吻合;同时研究发现Pb空位缺陷会导致钙钛矿呈偏P型材料; I空位缺陷会导致钙钛矿呈偏N型材料。空位缺陷能够有效地改变钙钛矿材料的介电函数和光吸收谱,对于钙钛矿材料的研究及在光电器件领域的应用具有重要的理论价值。     

表面缺陷的方向性对漏磁场分布的影响

由于漏磁检测(MFL)具有操作简单、成本低廉、信号稳定等特点,已被广泛应用于铁磁材料的无损检测.在MFL领域,实现缺陷评估的关键是对漏磁信号与缺陷几何特征之间的关系进行准确描述.本文建立了一个任意方向的表面缺陷漏磁场分布的三维数学模型.首先,将表面缺陷近似为一个有限长的矩形槽来进行描述;然后,从理论上分析了不同缺陷方向下槽壁磁荷密度的变化规律;最后,通过矢量合成得到了有向缺陷的漏磁场分布.开展了仿真和实验,对缺陷在不同磁化方向下的漏磁场分布进行了分析.实验结果表明,缺陷的MFL分布与方向性密切相关.随着与磁化方向夹角增大,缺陷漏磁场水平分量亦增加,单峰性也越突出;但垂直分量却随夹角的增大而呈现双峰分布.所建模型能有效地描述缺陷的方向性对漏磁场分布影响,对优化MFL检测器设计和提高缺陷评估质量有实际指导意义.     

基于磁圆二向色谱的单层MoS_2激子能量和线宽温度依赖特性

以二硫化钼(MoS_2)为代表的过渡金属硫属化物属于二维层状材料,样品可以薄至单层.单层MoS_2是一种直接带隙半导体,在纳米逻辑器件、高速光电探测、纳米激光等领域具有广阔的应用前景.在实际应用中,温度是影响半导体材料能带结构和性质的主要因素之一.因此研究单层二维材料能带的温度依赖特性对理解其物理机理以及开展器件应用具有重要的意义.目前,在广泛采用的测量单层MoS_2反射谱的研究中,激子峰往往叠加在一个很强的光谱背底上,难以准确分辨激子的峰位和线宽.基于自行搭建的显微磁圆二向色谱系统,研究了单层MoS_2在65—300 K温度范围内的反射谱和磁圆二向色谱,结果表明磁圆二向色谱在研究单层材料激子能量和线宽方面具有明显的优势.通过分析变温的磁圆二向色谱,得到了不同温度下的A,B激子的跃迁能量和线宽.通过对激子能量和线宽的温度依赖关系进行拟合,进一步讨论了声子散射对激子线宽的影响.     

常压MOCVD生长ZnO/GaN/Al2O3薄膜及其性能

以去离子水（H2O）和二乙基锌（DEZn）为源材料,生长温度是680℃时,利用常压MOCVD在GaN／Al2O3模板上成功生长了ZnO单晶薄膜,用原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（DCXRD）、光致发光谱（PL）对ZnO薄膜的表面形貌、结晶学性质、光学性质作了综合研究。双晶衍射表明,ZnO非对称（1012）面ω扫描的半峰全宽（FWHM）仅为420arcsec,估算所生长ZnO膜的位错密度大约为10^3／cm^2量级,这与具有器件质量的GaN材料的位错密度相当。在ZnO薄膜的低温15K光荧光谱中,观察到很强的自由激子和束缚激子发射以及自由激子与束缚激子的多级声子伴线。     

钙钛矿锰氧化物的磁相变临界行为及磁热效应研究进展

钙钛矿锰氧化物具备磁热效应高、性能稳定可控、成本低廉等显著优点,是适用于室温磁制冷领域的优质候选工质材料之一.但该体系内部电磁学性质复杂,特别是关于铁磁相互作用机制和磁相变性质等关键科学问题仍然有待深入探索.分析磁相变临界行为有利于揭示磁性材料内部的铁磁相互作用距离和机制等重要信息.本文简要介绍了钙钛矿锰氧化物相关理论背景以及各种磁相变临界行为分析方法,随后归纳了近年来多种钙钛矿锰氧化物的磁相变临界行为研究,系统对比了不同带宽典型锰氧化物在单晶和多晶形态下的磁相变临界行为,讨论了 A/B位掺杂不同元素以及不同制备工艺条件对其临界参数的影响,对其中渡越于一级和二级相变的La-Ca-Mn-O体系在不同磁场范围下的临界参数演化进行了讨论.最后对处于磁相变三重临界点附近的部分锰氧化物材料的磁热效应研究进行了总结和展望.     

铅卤钙钛矿法布里-帕罗谐振腔激光器

随着后摩尔时代的到来,对大容量、高速度信息处理的需求使得半导体器件应用由电子集成转向光子集成,高性能微纳激光器是实现光子集成的重要环节.种类丰富的半导体材料促进了半导体微纳激光器的快速发展,近年来,随着大量新型半导体材料(如二维半导体、铅卤钙钛矿等)的涌现,有望实现半导体微纳激光器性能的进一步提升.由于钙钛矿材料具有高光吸收、缺陷高容忍、激子结合能大等优异光学性质,使其成为高增益、低阈值半导体微纳激光器的优秀候选材料.法布里-珀罗(F-P)谐振腔激光器是钙钛矿激光器中研究广泛、结构简单、应用价值较高的一类激光器.本文以铅卤钙钛矿F-P谐振腔激光器为例,对其工作机理以及近年来的研究成果进行综述,从激子与光子弱耦合的光子激光和强耦合的极化子激光两个方面出发,详细介绍了钙钛矿材料既作为增益介质又作为谐振腔的F-P结构激光器以及仅作为增益介质的F-P腔激光器的激光的产生原理和影响因素,最后总结了钙钛矿F-P谐振腔激光器当前面临的挑战,展望了其进一步发展可能具备的前景.     

全无机钙钛矿CsPbBr3微米棒的变温荧光特性

通过化学气相沉积法(CVD)在云母基底上制备得到CsPbBr_3微米棒,并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对样品形貌和晶体结构进行表征。采用变温(10～290 K)荧光光谱研究了CsPbBr_3激子发光的温度依赖特性。实验发现,在室温下CsPbBr_3微米棒有两个发光峰,分别为位于2.357 eV、半宽为52 meV的自由激子发光及能量位于2.298 eV、半宽为73 meV的束缚激子发光。从10 K开始,随着温度升高,自由激子的峰位能量单调蓝移,束缚激子的峰位能量在120 K之前单调蓝移,其后趋于平缓。且激子峰半高宽随温度升高而逐渐增大。这种变温荧光特性主要是由于激子和纵向光学声子(LO)的相互作用引起的。本文有助于进一步理解CsPbBr_3光物理特性,对未来高性能光电子器件研究具有指导意义。     

量子点中磁激子的极化子效应

采用推广的LLP方法研究了自组织量子点中磁激子的极化子效应。考虑带电粒子和声子的相互作用,得到了激子能量随磁场的变化关系。结果表明,激子-声子的相互作用降低了激子的能量,但影响很小;极化子效应在没有外磁场时较明显,随着外磁场的增加,这种效应变得越来越弱。     

磁衬度的高压扫描电子显微镜观测

在磁性材料的研究中,磁畴的电镜观测是人们很感兴趣的问题[1]. 利用扫描电镜可以观测到磁性材料的两种磁衬度(图1).第一种磁衬度首先由Joy和Jakubovics利用二次电子信号观测到[3].引起这种磁树度的原因是磁性材料存在着漏磁场.漏磁场引起试样表面发射的二次电子轨道的改变,由于从磁性相反的磁畴中探测到二次电子的效率不同,从而引起磁衬度.由单轴各向异性的磁性材料(如钻和磁泡材料)可得到这种磁衬度[见图1(a)]. 第二种磁衬度首先由Philibert和Tixier[3]利用试样电流得到.以后,更多的研究工作者用背散射电子观测到这种磁树度.这种磁衬度产…     

一种在室温下具有强磁介电耦合的钙钛矿型金属有机框架介电材料

磁电耦合材料在下一代存储器件中具有巨大的潜在应用, 其中钙钛矿型多铁性金属有机框架材料因其易于实现对磁性和电性的调控而受到广泛关注. 在这项工作中, 我们将Cr2+ 引入到[NH4 ][Mn(HCOO)3 ]晶体框架中. 当Cr2+ 掺杂比例为2.38%时, 铁电有序温度从零掺杂的231 K 上升到270 K, 在外加5 T 磁场作用下, 其铁电有序温度从零场的270 K 提高到296 K, 磁介电系数达到154%, 金属有机框架表现出明显的磁介电效应. 这个结果表明, 引入Cr2+ 离子作为晶体结构的构建块, 是合成具有较高磁介电耦合效应材料的一种可行性方法.     

金刚石中氮空位中心在外加磁场下的电子自旋共振

金刚石中单个氮空位中心的电子自旋在激光辐射下能够发出近红外的光致荧光,增加微波辐射可以对其进行量子调控,是室温条件下实现量子计算机的主要介质之一.本文利用激光共聚焦扫描显微系统观测到了金刚石晶体中氮空位中心的荧光二维扫描图,并通过二次相关函数测量验证了氮空位中心是单光子源.改变微波辐射频率得到了电子自旋共振谱,从而实现了对单个氮空位中心的量子调控.利用设计的可控静磁场研究了氮空位中心在不同磁场方向和大小时的光致荧光特性和自旋共振峰.实验结果表明两个电子自旋共振峰间的频率间距与静磁场的旋转角度成余弦函数关系,与理论分析结果一致.     

高密度冷原子云辐射陷获效应造成的荧光减弱现象

实验测量了磁光阱的磁场关断之后的荧光变化,观察到几十ms量级的荧光上升过程. 根据实验条件进行分析,在高密度冷原子云中辐射陷获效应造成额外的非相干抽运光场是造成磁光陷阱紧束缚状态下荧光减弱的原因. 同时还进行了简单的数值模拟,结果表明只有考虑到散射光场的频率重分布效应,计算结果方能与实验符合. 关键词： 冷原子云 辐射陷获 频率重分布