汽车尾气颗粒物的STXM和NEXAFS研究

为了研究汽车尾气颗粒物的结构和氮的种态,使用扫描透射X射线显微成像(STXM)技术研究了桑塔纳3000和高尔汽车尾气颗粒物.STXM表明单颗粒物的粒径为500nm,颗粒物质量分布不均匀,有中间空洞.比较汽车尾气颗粒物和(NH4)2SO4和NaNO3中N的1sX射线近边吸收精细结构谱(NEXAFS),铵盐在406eV有显著的σ*吸收峰,有肩部结构;汽车尾气颗粒物和NaNO3中N的近边吸收谱在412eV和418.5eV有明显的σ吸收峰;(NH4)2SO4中N的近边吸收谱在413.5eV和421.8eV更宽的σ吸收峰.硝酸盐是汽车尾气颗粒物中的N化学种态的主要存在形式.在395—418eV能量范围内对桑塔纳3000汽车尾气颗粒物进行堆栈扫描,经过主成分分析和聚类分析,发现其表层主要为硝酸盐,内部有少量铵盐.     

锗硅量子阱结构带间吸收边研究

利用光电流谱的方法对锗硅量子阱结构的带间吸收边进行了研究.实验观察到了在不同的偏压和温度下,锗硅量子阱结构的带间吸收边谱线发生了有规律的变化.通过对锗硅量子阱材料的光电流谱的带间跃迁吸收边的拟合,得到了硅导带到锗价带的能带宽度分别为1.043 eV和1.050 eV.随着外加电场的增强,带边的吸收曲线向低能方向移动.通过理论计算得到了带间跃迁吸收边的漂移量与外加电场的关系,并与实验吻合较好.随着温度的降低,带间吸收边向高能方向偏移,对于这一现象给出了定性的解释,并通过拟合得到了禁带宽度随温度的变化率.     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜，并硫化合成FeS₂. 采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构. 结果表明，合成的FeS₂薄膜，在费米能级附近，有较强的Fe 3d态密度存在，同时，在价带谱中2—10eV处有强度较大的S 3p态密度存在；Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t_2g和e_g轨道，实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS₂价带结构中导带宽度约为2.4eV，导带上方仍存在第二能隙，其宽度约为2.8eV. 关键词： 磁控溅射 二硫化铁 X射线吸收近边结构 电子结构     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜,并硫化合成FeS2.采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构.结果表明,合成的FeS2薄膜,在费米能级附近,有较强的Fe 3d态密度存在,同时,在价带谱中2-10eV处有强度较大的S 3p态密度存在;Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t2g和eg轨道,实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS2价带结构中导带宽度约为2.4eV,导带上方仍存在第二能隙,其宽度约为2.8eV.     

X射线吸收近边结构理论

在X射线吸收谱中,阈值之上60eV以内的低能区的谱出现强的吸收特性,称之为近边吸收结构(XANES)。它是由于激发光电子经受周围原子的多重散射造成的。它不仅反映吸收原子周围环境中原子几何配置,而且反映凝聚态物质费米能级附近低能位的电子态的结构。因此成为研究凝聚态物质的有用工具。本文较详细地介绍了XANES理论中的多重散射模型与计算方法。同时,也揭示多重散射理论与广延系统中通常采用的能带结构理论以及有限系统中的单电子的分子轨道方法之间的关系。并给出若干实例以说明XANES的多重散射理论的应用。     

基于石墨烯互补超表面的可调谐太赫兹吸波体

通过在石墨烯超表面设计周期性切条,实现了基于石墨烯互补超表面的可调谐太赫兹吸波体.通过改变外加电压来改变石墨烯的费米能级,吸波体实现频率可调谐特性.研究了石墨烯费米能级、结构尺寸对超材料吸波体吸收特性的影响,并利用多重反射理论研究了其物理机理并且证明了模拟方法的可行性.研究结果表明:当石墨烯费米能级取0.6 eV,基底厚度13μm,石墨烯上切条长宽分别为2.9μm,0.1μm时,吸波体在1.865 THz可以实现99.9%的完美吸收;石墨烯费米能级从0.4 eV增大到0.9 eV,吸波体共振频率从1.596 THz蓝移到2.168 THz,且伴随共振吸收率的改变,吸收率在0.6 eV时达到最大;通过改变费米能级实现的最大吸收率调制度达84.55%.     

Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂对ZnS可见光吸收的影响

ZnS能够用于光解水制氢,但是由于ZnS带隙较宽在一定程度上制约了可见光的吸收。为了减小闪锌矿ZnS的带隙宽度,增加对可见光的吸收,采用密度泛函理论研究了Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂对ZnS电子结构和可见光吸收的影响。计算结果表明Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂ZnS的结合能都是负值,都属于稳定结构;掺杂使得闪锌矿ZnS的带隙宽度由2.9eV分别减小到2.68eV、2.41 eV、2.18 eV、1.82 eV,导致了吸收谱和光导产生红移,有利于可见光的吸收;掺杂后导带底向低能级方向移动,同时在禁带中产生p-d杂化能级,导致了带隙宽度减小,有利于可见光的吸收和阻止光生载流子的复合;最后掺杂ZnS的带边位置满足水解制氢的条件,可用于制造光催化剂。综上所述Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂ZnS有利于可见光的吸收。     

InSb纳米晶体的生长和吸收光谱的研究

采用在惰性气体中蒸发的方法获得了沉积在ZnS基片上的InSb纳米晶体,其平均尺寸随惰性气体的压强增加而增大.从实验测量的室温吸收谱上看到,当纳米晶体的平均直径从27.9 nm减小到24.2nm再到21.4 nm时,其吸收边分别向高能方向移动了0.0151 eV和0.0145 eV.用有效质量近似模型计算了半导体纳米晶体的吸收边相对其体材料的移动,将理论计算与实验结果进行了比较.     

1 eV吸收带边GaInAs/GaNAs超晶格太阳能电池的阱层设计

使用In, N分离的GaInAs/GaNAs超晶格作为有源区是实现高质量1eV带隙 GaInNAs基太阳能电池的重要方案之一. 为在实验上生长出高质量相应吸收带边的超晶格结构, 本文采用计算超晶格电子态常用的Kronig-Penney模型比较了不同阱层材料选择下, 吸收带边为1 eV的GaInAs/GaNAs超晶格相关参数的对应关系以及超晶格应变状态. 结果表明: GaNAs与GaInAs作为超晶格阱层材料在实现1 eV的吸收带边时具有不同的考虑和要求; 在固定1 eV的吸收带边时, GaNAs材料作为阱层可获得较好的超晶格应变补偿, 将有利于生长高质量且充分吸收的太阳能电池有源区. 关键词： GaInAs/GaNAs超晶格 Kronig-Penney模型 太阳能电池     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

第一性原理下铜锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cu、Mn单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质.结果显示,Cu、Mn掺杂LiNbO_3晶体禁带中的杂质能级分别由Cu 3d轨道、Mn 3d轨道贡献;各掺杂体系的带隙均较纯LiNbO_3晶体变窄.共掺晶体中Cu离子形成了较单掺时更浅的能级中心,并在2.87eV处有较强的吸收峰;Mn离子在1.73eV附近的吸收较单掺时减弱且中心略有偏移,在2.24eV处的非光折变峰与Mn~(3+)相关,这对吸收峰的变化被认为与Cu、Mn间电子转移相联系.相对Cu、Fe共掺LiNbO_3晶体,Cu、Mn共掺LiNbO_3晶体可以通过适当提高Cu离子浓度,来改善存储参量中的动态范围和记录灵敏度.由于同一深能级掺杂离子伴以不同浅能级掺离子将呈现出不同的吸收特征并影响存储性能,在共掺离子的配搭选择时对各待选配搭的模拟计算非常必要.     

掺锌LiNbO_3晶体的光谱性质

在 Li Nb O3 中掺进 2 mol% ,4mol% ,6 mol% ,8mol%的 Zn O,生长 Zn(2 mol% ) :Li Nb O3 ,Zn(4mol% ) :Li Nb O3 ,Zn(6 mol% ) :Li Nb O3 和 Zn(8mol% ) :Li Nb O3 晶体 ,测试 Li Nb O3 和掺锌Li Nb O3 晶体的透射光谱。Li Nb O3 和掺锌 Li Nb O3 晶体在 35 0— 90 0 nm的范围内都是透明的。Zn:Li Nb O3 晶体的吸收边发生紫移。对 Zn:Li Nb O3 晶体吸收边紫移的机理进行探讨。     

掺铁铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。     

掺锰铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。     

Stoichiometric Mg:LiNbO(3) as an effective material for nonlinear optics

Photorefractive damage, optical absorption, photoconductivities, and photogalvanic currents of stoichiometric LiNbO(3) single crystals with different Mg doping levels have been investigated. Nominally pure stoichiometric LiNbO(3) shows lower photorefractive damage resistance than congruent crystal; however, stoichiometric crystals doped with MgO of more than 1.8 mol. % exhibit no measurable photorefractive damage at 532 nm to intensities of as much as 8 MW/cm(2) . This remarkable damage resistance can be attributed not only to increased photoconductivity but also to decreased photogalvanic current. Stoichiometric Mg:LiNbO(3) also demonstrates the shortest absorption edge, 302 nm, and a single-domain nature with low scattering losses.     

High-repetition-rate ultrashort-pulse optical parametric oscillator continuously tunable from 2.8 to 6.8 mum

We describe a synchronously pumped femtosecond optical parametric oscillator based on periodically poled LiNbO(3) that is broadly tunable in the mid infrared. A transmission window of periodically poled lithium niobate beyond the conventionally accepted infrared absorption edge of 5.4 mum has been exploited to produce idler pulses that are tunable across a wavelength range of 4 mum , with milliwatt-level output powers at wavelengths as long as 6.8 mum . We also present experimental tuning results that are in good agreement with the theoretical phase matching predicted from published infrared-corrected Sellmeier equations for LiNbO(3) .     

双掺杂铌酸锂晶体的第一性原理研究

本文利用第一性原理研究了 晶体、 晶体和 晶体的电子结构和光学性质。通过对电子结构的分析,发现杂质能级的深浅与掺杂元素原子序数有关。原子序数越大,杂质能级越深。通过对 晶体、 晶体和 晶体的吸收谱进行分析,并与单掺杂 晶体的吸收谱进行比较,发现双掺杂在可见光区域吸收率明显提高,约为单掺杂的3倍。 晶体分别在380nm和590nm处形成吸收峰, 晶体可见光区域吸收率比 以及 晶体高,分别在450nm附近和660nm附近出现吸收峰, 晶体在430nm到600nm之间区域都有较高的吸收率,并在770nm的长波范围有一小的吸收峰。计算结果与双色全息存储（双光子全息存储）所用记录光的波长相符。     

Ultraviolet band edge photorefractivity in LiNbO3:Sn crystals

The ultraviolet (UV) band edge photorefractivity of Sn-doped LiNbO(3) (LN:Sn) at 325 nm has been investigated. A sharp decrease of beam distortion, which is accompanied by a significant increase in the photoconductivity, is observed in LN:Sn crystals with Sn-doping concentrations at or above 2.0 mol%. The diffraction efficiency, the holographic recording sensitivity and response rate, and the two-wave coupling gain coefficient are greatly enhanced when the Sn-doping concentration reaches 2.0 mol% or more. Unlike LiNbO(3) doped with Hf in which the UV gratings can be erased easily by a red beam, the UV gratings in LN:Sn can withstand long-term red beam illumination. Electrons are determined to be the dominant light-induced charge carriers responsible for the UV band edge photorefraction. The observed enhancement on the UV band edge photorefractivity is found to be associated with the showup of an absorption band around 325 nm in LN:Sn crystals with Sn-doping concentrations at or above 2.0 mol%.     

近化学计量比Ce∶Mn∶LiNbO3晶体光折变性能研究

在LiNbO3中掺进0.015mass%MnCO3和 0.1mass%CeO2,以Czchralski法生长Li/Nb比为1.38的近化学计量比Ce∶Mn∶LiNbO3(Ce∶Mn∶SLN)晶体和Li/Nb比为0.946的同成分Ce∶Mn∶LiNbO3(Ce∶Mn∶CLN)晶体.测试了晶体的红外光谱和紫外可见吸收光谱,讨论了Ce∶Mn∶SLN晶体OH－吸收峰和吸收边移动机理.利用二波耦合光路测试了晶体的指数增益系数,Ce∶Mn∶SLN晶体指数增益系数Γ达到27 cm2－.同时,研究了Ce∶Mn∶SLN指数增益系数提高的机理.