InAIAs／InGaAs／IIAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

研究了si重δ掺杂In0．52Al0.48/In0.53Ga0.47As／In0.52Al0.48As单量子阱内高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应．研究表明，强的Rashba自旋轨道相互作用来源于量子阱高的结构反演不对称．高迁移率系统中，粒子的运动基于弹道输运而非扩散输运．因此，旧的理论模型不能用于拟合实验结果．由于最新的模型在实际拟合中过于复杂，一种简单可行的近似用于处理实验结果，并获得了自旋分裂能△。和自旋轨道耦合常数a两个重要的物理参数．该结果与对纵向电阻的Shubnikov-de Haas--SdH振荡分析获得的结果一致．高迁移率系统中的反弱局域效应研究表明，发展有效的反弱局域理论模型，对于利用Rashba自旋轨道相互作用来设计自旋器件尤为重要.     

InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

研究了Si 重δ 掺杂In_0.52Al_0.48As/In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As单量子阱内高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应. 研究表明，强的Rashba自旋轨道相互作用来源于量子阱高的结构反演不对称. 高迁移率系统中，粒子的运动基于弹道输运而非扩散输运. 因此，旧的理论模型不能用于拟合实验结果. 由于最新的模型在实际拟合中过于复杂，一种简单可行的近似用于处理实验结果，并获得了自旋分裂能Δ₀和自旋轨道耦合常数α两个重要的物理参数. 该结果与对纵向电阻的Shubnikov-de Haas—SdH振荡分析获得的结果一致. 高迁移率系统中的反弱局域效应研究表明，发展有效的反弱局域理论模型，对于利用Rashba自旋轨道相互作用来设计自旋器件尤为重要.     

HgCdTe反型层的磁输运性质

利用成本低廉的液相外延技术, 成功制备了具有金属-绝缘体-半导体结构的HgCdTe场效应管器件. 在该器件中, 观察到清晰的Shubnikov-de Hass振荡和量子霍尔平台, 证明样品具有较高的质量. 测量零场附近的磁阻曲线, 在HgCdTe-基器件中观察到反弱局域效应, 表明样品中存在较强的自旋-轨道耦合作用. 利用Iordanskii-Lyanda-Pikus理论, 很好地拟合了反弱局域曲线. 由拟合得到的自旋分裂能随电子浓度的增大而增大, 最大达到9.06 meV. 根据自旋分裂能得到的自旋-轨道耦合系数同样随电子浓度的增大而增大, 与沟道较宽的量子阱中所得到的结果相反.     

一种新型的高频半导体量子点单电子泵

除了直流负电压外,还在浅法刻蚀出的GaAs/AlGaAs量子线上的两个金属指形门上分别叠加两个相位相差π的正弦信号,从而对形成量子点的两个势垒作不等幅调制.在无源漏偏压的情况下,通过周期形成的量子点实现了单电子的搬运.由于新的半导体量子点单电子泵不是依赖库仑阻塞效应通过隧穿进行单电子输运,因此,该器件就不会受到固定隧穿时间引起的低工作频率限制.在1.7K温度下,频率达到3GHz仍然可以观测到量子化电流平台,对应的电流值达到0.5nA量级.这种新器件提供了实现高速度、高精度搬运单电子的另一种可能途径. 关键词： 单电子输运 单电子旋转门 单电子泵 量子化电流平台     

硅纳米结构晶体管中与杂质量子点相关的量子输运

在小于10 nm的沟道空间中,杂质数目和杂质波动范围变得十分有限,这对器件性能有很大的影响.局域纳米空间中的电离杂质还能够展现出量子点特性,为电荷输运提供两个分立的杂质能级.利用杂质原子作为量子输运构件的硅纳米结构晶体管有望成为未来量子计算电路的基本组成器件.本文结合安德森定域化理论和Hubbard带模型对单个、分立和耦合杂质原子系统中的量子输运特性进行了综述,系统介绍了提升杂质原子晶体管工作温度的方法.     

非磁性离子Zn和Al替代对YBCO电子结构及超导电性的影响

为了澄清非磁性离子在不同替代位置对YBCO体系超导电性影响的物理机制,本文利用正电子湮没及相关实验手段对YBa2Cu3-x(Zn,Al)xO7-δ(x=0.0～0.4)体系进行了系统研究.结果表明,Zn对Cu(2)位的占据造成电子局域化的增强效应直接影响到了载流子的配对和有效输运,对体系的超导电性产生较强的抑制,使得Tc急剧下降;而Al对Cu-O链区域的替代则是通过对电子的弱局域化效应,最终对载流子库区产生影响,弱化了载流子向导电层CuO2面的转移,从而影响到体系的超导电性.     

导线非共线的分子器件输运性质的第一性原理研究

分子器件是电子器件向小体积化发展的极限,分子器件中的电子在输运过程中体现出明显的量子效应,分子导线与分子接触的位置和导线间的角度等器件结构因素都会对分子器件的输运性质产生较大的影响.迄今为止,尚未见利用第一性原理量子输运计算方法研究导线非共线的分子器件输运性质的报道.本文以金-苯(硫醇)-金结构的分子器件为例,利用基于非平衡格林函数理论和密度泛函理论的第一性原理量子输运计算方法对其输运性质进行了系统研究,特别注重于研究随着非共线导线间导线夹角角度的变化及导线和苯(硫醇)分子接触位置的不同对器件输运性质的影响.计算表明,金导线与苯(硫醇)的接触位置及导线的夹角等器件结构细节不仅能够定量地影响金-苯(硫醇)-金分子器件的电流大小,还能够定性地改变器件的输运性质,使得部分器件结构出现负微分电阻效应.研究结果对全面理解分子器件的输运性质具有一定的指导意义.     

锯齿形石墨烯反点网络加工与输运性质研究

具有特定边界的石墨烯纳米结构在纳电子学、自旋电子学等研究领域表现出良好的应用前景.然而石墨烯加工成纳米结构时,无序的边界不可避免地会降低其载流子迁移率.氢等离子体各向异性刻蚀技术是加工具备完美边界石墨烯微纳结构的一项关键技术,刻蚀后的石墨烯呈现出规则的近原子级平整的锯齿形边界.本文研究了氮化硼上锯齿形边界石墨烯反点网络的磁输运性质,低磁场下可以观测到载流子围绕着一个空位缺陷运动时的公度振荡磁阻峰.随着磁场的增大,朗道能级简并度逐渐增大,载流子的磁输运行为从Shubnikov-de Haas振荡逐渐向量子霍尔效应转变.在零磁场附近可以观测到反点网络周期性空位缺陷的边界散射所导致的弱局域效应.研究结果表明,在氮化硼衬底上利用氢等离子体刻蚀技术加工锯齿形边界石墨烯反点网络,其样品质量会明显提高,这种简单易行的方法为后续高质量石墨烯反点网络的输运研究提供了新思路.     

Al0.22Ga0.78N/GaN二维电子气中的弱局域和反弱局域效应

通过磁输运测量研究了Al_0.22Ga_0.78N/GaN二维电子气的电子相干散射中的弱局域和反弱局域化现象.在外加弱磁场的情况下，该系统表现出正-负磁阻的变化，说明在Al_0.22Ga_0.78N/GaN异质结中存在晶体场引起的电子自旋-轨道散射.同时讨论了二维电子气中不同的散射时间对温度的依赖关系，实验得到的非弹性散射时间与温度成反比，表明非弹性散射机理主要来源于小能量转移的电子-电子散射. 关键词： 二维电子气 弱局域 磁阻     

图形衬底对多周期InGaAs量子点自组装生长的影响

量子点器件技术广泛应用于量子计算和光电器件上.成核位置的均匀性、有序性和尺寸一致性,可以有效提高光电器件性能.为了实现阵列量子点的可控性,本文采用湿法刻蚀制备图形化衬底,理论上解释了铟原子在图形化衬底上成核现象,产生有序的量子点分布特征,发现图形衬底的缺陷诱导在平台边缘和沟壑边缘成核,形成较大的量子点.在Stranski-Krastanow模式下图形衬底制备多周期量子点,发现多周期生长可以弱化台阶结构对量子点分布的限制作用.     

拓扑绝缘体Bi_2Se_3中层堆垛效应的第一性原理研究

运用第一性原理方法,研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3块体和薄膜中的层堆垛对其结构、电子态、拓扑态和自旋劈裂的影响.发现不同的堆垛会引起Bi_2Se_3层间的相互作用,改变系统的中心对称性.块体的ABC和AAA堆垛都具有中心对称性和相似的能带结构.ABA堆垛破坏了体系的中心对称性,能带发生很大改变,并且产生了很大的能带自旋劈裂.用能带反转的方法判定体系的拓扑相,在不同堆垛的Bi_2Se_3块体中,考虑自旋轨道耦合时都发生了能带反转,因而具有不同堆垛的Bi2Se3仍是拓扑绝缘体.进一步研究了Bi_2Se_3薄膜中的堆垛效应,发现非中心对称的ABA堆垛在Bi_2Se_3薄膜中引起明显的自旋劈裂,并且提出和验证了用应变调控自旋劈裂的方法.     

Synthesis and magnetotransport properties of Bi_2Se_3 nanowires

Bi_2Se_3, as a three-dimensional topological insulator, has attracted worldwide attention for its unique surface states which are protected by time-reversal symmetry. Here we report the synthesis and characterization of high-quality singlecrystalline Bi_2Se_3 nanowires. Bi_2Se_3 nanowires were synthesized by chemical vapor deposition(CVD) method via goldcatalyzed vapor-liquid-solid(VLS) mechanism. The structure and morphology were characterized by scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), x-ray photoelectron spectroscopy(XPS), and Raman spectroscopy. In magnetotransport measurements, the Aharonov–Bohm(AB) effect was observed in a nanowire-based nanodevice, suggesting the existence of surface states in Bi_2Se_3 nanowires.     

Quantum oscillations and nontrivial transport in(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3

Quantum phase transition in topological insulators has drawn heightened attention in condensed matter physics and future device applications.Here we report the magnetotransport properties of single crystalline(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3.The average mobility of～1000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)is obtained from the Lorentz law at the low field(3 T)up to 50 K.The quantum oscillations rise at a field of～5 T,revealing a high mobility of～1.4×10~4cm~2·V~(-1)·s~(-1)at 2 K.The Dirac surface state is evident by the nontrivial Berry phase in the Landau–Fan diagram.The properties make the(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3a promising platform for the investigation of quantum phase transition in topological insulators.     

Bi4Se3薄膜的声子结构及电声子相互作用的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论,运用第一性原理研究两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的声子结构和电-声子相互作用.结果表明两种终结面的Bi₄Se₃薄膜体系都是动力学稳定的. Bi₄Se₃薄膜中插入的Bi₂双原子层与Bi₂Se₃五原子层的声子投影态密度并不完全匹配,这会阻碍部分声子的输运,降低热导,从而有利于提高材料的热电性能.另外,两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的电-声子耦合系数都不太大（约0.278）,有利于制备基于室温工作的电子学器件.     

Scalable fabrication of Bi_2O_2Se polycrystalline thin film for near-infrared optoelectronic devices applications

We present a controlled, stepwise formation of layered semiconductor Bi_2O_2 Se thin films prepared via the vapour process by annealing topological insulator Bi_2Se_3 thin films in low oxygen atmosphere for different reactions. Photodetectors based on Bi_2O_2 Se thin film show a responsivity of 1.7×10~4 A/W at a wavelength of 980 nm. Field-effect transistors based on Bi_2O_2 Se thin film exhibit n-type behavior and present a high electron mobility of 17 cm~2/V·s. In addition, the electrical properties of the devices after 4 months keeping in the air shows little change, implying outstanding air-stability of our Bi_2O_2 Se thin films. From the obtained results, it is evident that low oxygen annealing is a surprisingly effective method to fabricate Bi_2O_2 Se thin films for integrated optoelectronic applications.     

Probing the magnetization switching with in-plane magnetic anisotropy through field-modified magnetoresistance measurement

Effective probing current-induced magnetization switching is highly required in the study of emerging spin-orbit torque(SOT)effect.However,the measurement of in-plane magnetization switching typically relies on the giant/tunneling magnetoresistance measurement in a spin valve structure calling for complicated fabrication process,or the non-electric approach of Kerr imaging technique.Here,we present a reliable and convenient method to electrically probe the SOT-induced in-plane magnetization switching in a simple Hall bar device through analyzing the MR signal modified by a magnetic field.In this case,the symmetry of MR is broken,resulting in a resistance difference for opposite magnetization orientations.Moreover,the feasibility of our method is widely evidenced in heavy metal/ferromagnet(Pt/Ni₂₀Fe₈₀ and W/Co₂₀Fe₆₀B₂₀)and the topological insulator/ferromagnet(Bi₂Se₃/Ni₂₀Fe₈₀).Our work simplifies the characterization process of the in-plane magnetization switching,which can promote the development of SOT-based devices.     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

负带隙HgCdTe体材料的磁输运特性研究

通过单晶生长了Cd组分为0.1的p型HgCdTe体材料,并制备了具有倒置型能带序的HgCdTe场效应器件.通过磁输运测试,在负带隙HgCdTe体材料中观察到明显的量子霍尔平台效应和Shubnikov-de Haas(SdH)振荡效应,证明样品具有较好的质量.利用SdH振荡对1/B关系的快速傅里叶变换,得到了样品的零场自旋分裂能约为26.55 meV,证明样品中存在强自旋-轨道耦合作用.进一步分析SdH中的拍频节点估算了样品中的有效g因子约为–11.54.     

Growth mechanism and characterisation of chemically grown Sb doped Bi2Se3 thin films

The synthesis of combinatorial Bi_2−xSb_xSe₃ thin films by arrested precipitation technique (APT) using triethanolamine-bismuth, triethanolamine-antimony and sodium selenosulphite as sources of Bi³⁺, Sb³⁺ and Se²⁻, respectively is investigated on commercial glass substrates. The growth mechanism of film formation, composition and surface morphology of the as deposited films were studied as a function of preparative parameters and bath composition. The films were monophasic, polycrystalline and covered the surface of the substrate completely. Energy dispersive X-ray analysis gave coherent elemental composition indicating single phase BiSbSe₃ was made. The good results obtained for Bi_2−xSb_xSe₃ thin films revealed that arrested precipitation technique is best suited for the deposition of large area thin films on conducting/nonconducting substrates to produce materials for device applications.     

Ionic diffusion and local hopping in copper chalcohalide glasses measured using Cu tracer and I-Mössbauer spectroscopy

For the first time, ⁶⁴Cu tracer measurements of ionic diffusion were performed for several copper-rich glass compositions in the CuI---As₂Se₃, CuI---SbI₃---As₂Se₃, CuI---PbI₂---As₂Se₃, CuI---PbI₂---SbI₃---As₂Se₃ and Cu₂Se---As₂Se₃ systems. In accordance with previous a.c. impedance results and Wagner d.c. polarization measurements, it was found that pure Cu⁺ ion-conducting glasses (50CuI---17PbI₂---33As₂Se₃ and 50CuI---20PbI₂---10SbI₃---20As₂Se₃) exhibit the highest copper tracer diffusion coefficients, D_Cu, and the lowest diffusion activation energies. The values of D_Cu at room temperature are higher by 4.5–5.5 orders of magnitude than those in an As₂Se₃ glass. The Haven ratio, H_R, is found to be 0.52–0.61 (ternary glass) and 0.93–1.00 (quaternary glass). Short-range diffusional displacements of the iodide ions induced by the hopping Cu⁺ ions are also detected in the CuI---PbI₂---SbI₃---As₂Se₃ glassy system using ¹²⁹I-Mössbauer spectroscopy in the temperature range of 4.2 to 305 K. The activation energy of local hopping, E_h ≈ 0.31 eV, is very similar to that of bulk ionic conductivity (0.37 eV) and copper diffusion (≈ 0.33 eV). In contrast to CuI-based vitreous alloys, 50Cu₂Se---50As₂Se₃ glass exhibits D_Cu that are two to five orders of magnitude lower, and the copper ion transport number, t_Cu⁺, is between 10⁻³ and 10⁻⁴ in the temperature range 140–170 °C.