一维反铁磁体二水CsMnCl3中激子的振动猝灭和黄昆-Rhys因子

在一维反铁磁体CsMnCl₃·2H₂O中,用D₂O代替其中的结晶水之后,对于⁴T₁→⁶A₁激子跃迁,观察到三种明显的效应:激子线红移18cm^-1;激子讯号增强近一个数量级;激子寿命由0.58ms变为9.2ms,增加15倍。这后一种效应在文献中尚未见报道,它说明这种同位素替代使振动猝灭受到很大的减弱。利用多声子辐射和无辐射跃迁理论,讨 关键词：     

晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

准一维反铁磁体CsMnCl_3·2D_2O中激子的能量转移

在2—300K温度范围,研究了纯的及掺Mg~(2 ),Ni~(2 )和Co~(2 )的准一维反铁磁体CsMnCl_3·2D_2O(CMC)中Mn~(2 )离子的~4T_1激子的能量转移动力学过程,发现在2—10K范围,激子的荧光强度和寿命随温度很快下降,较高浓度的杂质离子将进一步加快荧光的减弱和寿命的缩短。这种现象被归结为与磁相互作用和自旋有序相关联的多声子无辐射跃迁及施主—受主之间的能量转移。在更高的温度,能量转移速率增高,但由于仍然存在的自旋短程有序和Jahn-Teller效应,施主之间的能量迁移受到一定限制,出现非指数衰减过程。各种不同的杂质离子在某种程度上显示出不同的陷落作用和弛豫特性。     

Cu_2O纳米线激子精细结构光谱分析

基于显微拉曼光谱仪研究比较单根与多根Cu_2O纳米线荧光光谱特性,通过详细分析显微荧光谱线信息,研究制备得到的Cu_2O纳米线的精细结构。单根Cu_2O纳米线表现出高能激子发射及其高阶声子辅助的光学跃迁谱线。     

纤锌矿MgxZn1-xO/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中极化子能级

采用改进的Lee-Low-Pines(LLP)中间耦合方法研究纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中的极化子能级,给出极化子基态能量、跃迁能量(第一激发态到基态)和不同支长波光学声子对电子态能级的贡献随量子阱宽度d的变化规律。理论计算中考虑了纤锌矿Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱材料中声子模的各向异性和介电常数、声子(类LO和类TO)频率等随空间坐标Z变化(SD)效应对极化子能量的影响。结果表明,Mg x Zn1-x O/Mg0.3Zn0.7O抛物量子阱中电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动很大,使得极化子能量明显降低。阱宽较小时,半空间长波光学声子对极化子能量的贡献较大,而定域长波光学声子的贡献较小;阱宽较大时,情况则正好相反。在d的变化范围内,电子与长波光学声子相互作用对极化子能级的移动(约67~79 meV)比Al x Ga1-x As/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱中的相应值(约1.8~3.2 meV)大得多。因此,讨论ZnO基量子阱中电子态问题时要考虑电子与长波光学声子的相互作用。     

黄昆对物理学的贡献

黄昆是晶格动力学的奠基人和权威,声子物理学科开拓者。他是多声子光跃迁和多声子无辐射跃迁理论学科的开创者,是“极化激元”概念的最早阐述者。他的姓氏也与晶格振动长波唯象方程、X光漫散射理论联系在一起。在多年离开科研第一线后,黄昆70岁还建立了半导体超晶格光学声子的“黄－朱模型”。本文简要介绍黄昆先生在科学研究领域的几项主要贡献。     

正向电压激发下CdS MIS发光二极管中的自由激子发光

在44~77K温度范围内.在正向电压激发下的Cds MIS二极管中,观测到了发射0、1或2个纵光学(O、1LO或2LO)声子的自由激子的辐射衰减.根据激子的动能分布,讨论了1LO和2LO声子协助的伴线的形状和温度依赖.这里激子的有效温度等于晶格温度.     

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。     

YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性

本文通过实验研究了YGG:Cr~(3+)晶体的光谱特性,报道了室温下的吸收谱,10,133,300K的荧光谱,以及荧光寿命、无辐射跃迁几率、辐射量子效率与温度之间的依赖关系。从吸收谱及荧光谱中确定在C_(3i)(S_6)低对称场微扰下,Cr~(3+)离子在基质YGG中~2T_1能级分裂的子能级及基态~+A_2~2E零声子跃迁R线的位置。     

Pr_xLa_(1-x)P_5O_(14)的发光理论和浓度效应

本文利用Judd-Ofelt理论求得PrP_5O_(14)晶体的振子强度参数Q_2,比较了计算和实验的振子强度,计算了~3P_1,~3P_0,~1D_2和~1G_4能级的电偶极和磁偶极辐射跃迁几率及~1D_2→~1G_4和~3H_4→~3F_4能级对间的多极矩耦合的无辐射迁移几率。讨论了~1D_2能级发射强度的浓度效应。并且,给出~1D_2能级发射强度的表达式和强度随着浓度和单位时间内激发光引起的~3H_4到~1D_2跃迁的诱导跃迁几率的变化图。     

纳米Gd2O3:Eu3+中Judd-Ofelt参数的实验确定

报道用Judd-Ofelt理论研究立方相纳米晶Gd2O3:Eu3+材料在77K下的光谱性质.以几乎不受周围晶场环境影响的5D0→7F1跃迁为参考，利用5D0→7F2和5D0→7F4跃迁，从实验上确定强度参数Ωλ(λ＝2，4).发现纳米Gd2O3:Eu3+材料晶场强度参数Ωλ随纳米晶粒径的变化而改变,与体材料相比有显著的不同.随微晶粒径减小，发射能级5D0的寿命变短、量子效率降低.这是因为微晶粒径越小，量子限域效应越强，表体比越大，在无序体调制的表面上表面缺陷作用增强而引起的.对电荷(Eu3+-O2-)迁移态和多声子过程另外两种无辐射通道也进行讨论. 关键词： 纳米Gd2O3:Eu3+ 强度参数 辐射与无辐射弛豫 量子效率     

Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高T_c超导体远红外光谱的类激子模型

本文用类激子模型把多相Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7系列高T_c超导体的远红外区大多数吸收峰分为三个线系,模型和实验结果符合很好(△<4cm~-1),显示出这些吸收峰有着非声子起源——类激子的能级跃迁,它提示我们Y_xBa_(3-x)Cu_2O_7高Tc的机制是由声子和激子能级跃迁的共振耦合决定的。实验得到的远红外谱表明超导样品和不超导样品几个吸收峰上有明显差别,这可以由它们的费密能级的位置不同来解释。最后给出了一些实验的结果预测。     

Yb3+/Er3+共掺锗碲酸盐玻璃上转换发光增强机理的研究

玻璃的最大声子能量决定稀土离子的上转换发光强度，但本研究发现：Yb^3 ／Er^3 共掺锗碲酸盐玻璃在980nm LD抽运下，上转换荧光强度随着Bi2O3对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而明显增强．而Raman光谱显示基质玻璃的最大声子能量并不随Bi2O3对PbO的取代和碱金属离子半径的增大而变化，但玻璃的最大声子密度随着Bi2O3对PbO取代和碱金属离子半径的增大而降低．从玻璃无辐射跃迁概率的角度，通过分析表明，最大声子密度的降低是玻璃上转换发光强度增强的主要原因．     

静压下(CdTe)_2(ZnTe)_4-ZnTe多量子阱结构的多声子共振拉曼散射

用加静高压的方法改变光学能隙来实现共振条件。在以(CdTe)_2(ZnTe)_4短周期超晶格为阱层,(ZnTe)_(4)为垒层的多量子阱结构中观察到高达四阶的类 ZnTe 纵光学声子模的多声子共振拉曼散射。通过对拉曼位移随压力变化的分析,发现在与(CdTe)_2(ZnTe)_4短周期超晶格共振时测得的类ZnTe 纵光学声子模的频率比与 ZnTe 势垒层共振时测得的 ZnTe 纵光学声子模的频率低4cm~(-1)。并将它归结为在短周期超品格中纵光学声子模的限制效应。在与短周期超品格严格的2LO 声子出射共振条件下观察到了类 CdTe 的2LO 声子的共振拉曼峰。     

N型4H-SiC低温拉曼光谱特性

利用拉曼散射技术对N型4H-SiC单晶材料进行了30～300 K温度范围的光谱测量。实验结果表明,随着温度的升高,N型4H-SiC单晶材料的拉曼峰峰位向低波数方向移动,峰宽逐渐增宽。分析认为,晶格振动随着温度的升高而随之加剧,其振动恢复力会逐渐减小,使振动频率降低;原子相对运动会随温度的升高而加剧,使得原子之间及晶胞之间的相互作用减弱,致使声学模和光学模皆出现红移现象。随着温度的升高,峰宽逐渐增宽。这是由于随着温度的升高声子数逐渐增加,增加的声子进一步增加了散射概率,从而降低了声子的平均寿命,而声子的平均寿命与峰宽成反比,因此随着温度的升高峰宽逐渐增宽。声子模强度随温度升高呈现不同规律,E₂(LA),E₂(TA),E₁(TA)和A₁(LA)声子模随着温度升高强度单调增加,而E₂(TO),E₁(TO)和A₁(LO)声子模强度出现了先增后减的明显变化,在138 K强度出现极大值。分析认为造成原因是由于当温度高于138 K时,高能量的声子分裂成多个具有更低能量的声子所致。     

准一维反铁磁体CsMnCl3·2D2O中激子的能量转移

在2—300K温度范围,研究了纯的及掺Mg²⁺,Ni²⁺和Co²⁺的准一维反铁磁体CsMnCl₃·2D₂O(CMC)中Mn²⁺离子的⁴T₁激子的能量转移动力学过程,发现在2—10K范围,激子的荧光强度和寿命随温度很快下降,较高浓度的杂质离子将进一步加快荧光的减弱和寿命的缩短。这种现象被归结为与磁相互作用和自旋有序相关联的多声子无辐射跃迁及施主—受主之间的能量转移。在更高的温度,能量转移速率增高,但由于仍然存在的自旋短程有序和Jahn-Teller效应,施主之间的能量迁移受到一定限制,出现非指数衰减过程。各种不同的杂质离子在某种程度上显示出不同的陷落作用和弛豫特性。 关键词：     

硼玻璃中Dy3+及Sm3+的辐射跃迁几率和无辐射跃迁几率

硼玻璃中掺杂Nd3+,Er3+,Tm3+等小能隙的稀土离子,由于硼玻璃声子能量大,多声子无辐射几率大,影响其发光效率。但由于硼玻璃熔点低,加工容易,对于民用上常用的Sm3+,Dy3+,Eu3+,Tb3+等大能隙物质,多声子无辐射跃迁不是主要因素的情况下,发光效率将如何是本文要研究的问题。另外,辐射跃迁性质的研究对于能量传递机理的研究也是很有意义的。     

ZnSe—ZnTe应变层超晶格的纵光学声子模

本文首次利用室温非共振喇曼后向散射测得具有7.3％晶格失配的ZnSe-ZnTe应变层超晶格限制在ZnSe层中的纵光学声子模。计算了限制效应引起的声子模频率的红移,以及弹性应变引起的声子模的移动,它比前者大得多。ZnSe层所受拉伸应变引起声子频率红移,ZnTe层所受压缩应变引起声子频率蓝移。同时在喇曼光谱中观察到由于这种效应导致出现的纵光学声子折叠模。     

不同频率声子参与的氟玻璃中Ho3+离子的多声子弛豫

测量了掺Ho3+离子的氟玻璃的吸收光谱,激发光谱、发射光谱,10K～660K不同温度下的激发态寿命及氟玻璃的拉曼光谱.根据Judd-ofelt理论计算了辐射跃迁几率,进而计算了不同温度下的无辐射联迁几率.利用Huang-Rhys多声子跃迁理论分析了无辐射跃迁几率与温度的关系.在分析中考虑到不同频率声子的参与,并考虑到黄昆因子,得到与实验很好的符合.由理论和实验的拟合中估计了黄昆因子的大小,讨论了黄昆因子在无辐射跃迁中的作用.