半导体纳米结构物理性质的理论研究--2004年国家自然科学二等奖获奖项目介绍

半导体纳米结构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.半导体纳米结构有多种多样,如自组织量子点、纳米晶体、硅团簇、量子结构等,它们可以制成各种纳米电子学器件.根据以上几类半导体纳米结构,文章介绍的获奖项目提出了研究半导体纳米结构电子结构的四个理论,并利用这些理论研究了它们的电子态和物理性质,发现了许多新的效应.这些理论包括：一维量子波导理论、孤立量子线、量子点的有效质量理论、异质结构的空穴有效质量理论、经验赝势同质结模型.专著〈半导体超晶格物理〉全面系统地介绍了超晶格物理的概念、原理、理论和实验结果,主要总结了获奖项目参加者所在的研究组在超晶格物理研究方面所取得的成果.     

丙烯水合醚化催化剂上焦炭前身物的表征

采用热重、红外,高温模拟蒸馏和质谱等分析手段,对丙烯水合醚化失活催化剂上的焦炭前身物进行了表征。焦炭前身物主要是沸程范围在200－400℃的长链饱和烃类化合物,四氯化碳洗液和二氯甲烷萃取液的红外和质谱分析均表明,焦炭前身物中没有烯烃和芳烃类化合物存在,β沸石催化剂具有一定的氢转移反应活性,由丙烯聚合生成的聚合烯烃进一步与焦炭前身物通过氢转移反应生成烷烃和焦炭。     

Orbital magnetization in semiconductors

This paper theoretically investigates the orbital magnetization of electron-doped (n-type) semiconductor heterostructures and of hole-doped (p-type) bulk semiconductors, which are respectively described by a two-dimensional electron/hole Hamiltonian with both the included Rashba spin--orbit coupling and Zeeman splitting terms. It is the Zeeman splitting, rather than the Rashba spin--orbit coupling, that destroys the time-reversal symmetry of the semiconductor systems and results in nontrivial orbital magnetization. The results show that the magnitude of the orbital magnetization per hole and the Hall conductance in the p-type bulk semiconductors are about 10^-2--10^-1 effective Bohr magneton and 10^-1--1 e²/h, respectively. However, the orbital magnetization per electron and the Hall conductance in the n-type semiconductor heterostructures are too small to be easily observed in experiment.     

黄铜/钢摩擦副接触面积对磨损的影响研究

本文对不同直径铜销与钢盘的摩擦磨损进行了研究,研究结果表明：在相同正压力条件下,不同直径销的磨损率随销直径的增大有降低趋势,并且这种降低趋势随销直径的增大逐渐趋于平缓,当接触面积增大到一定尺寸后,其磨损率不再变化,趋于恒定值,由此建立了相同正压力条件下磨损率与接触面积的变化规律数学模型。根据该模型可确定摩擦副的设计尺寸或预测摩擦副的使用寿命;在正压强和其他试验条件相同的条件下,不同直径铜销在单位时间单位面积上的磨损量随着销直径的增大有降低的趋势,并且这种降低趋势随销直径的增大逐渐趋于平缓,本文从铜销直径变化而导致的摩擦副接触表面生热和铜销表面散热等方面对这种现象进行了论述。     

水滑石选择性催化合成三乙二醇单丁醚

The hydrotalcite (n(Mg)/n(Al)=3) calcined at 500 ℃, containing a great number of fine pores (d<3 5 nm, 34% of the all pore volume) and increased BET surface area by about three times (from 75 to 205 m 2/g), has been successfully applied to the selective ethoxylation reaction of a mixture of alcohols. The experimental results showed that the calcined hydrotalcite is an efficient solid base catalyst for synthesis of BuO(EO) 3H with high selectivity of over 90%.     

自支撑金刚石厚膜表面外延掺硼金刚石薄膜研究

采用微波等离子体化学气相沉积技术(MPCVD),在抛光厚度0.5 mm的高热导率自支撑金刚石厚膜表面沉积厚度10 μm掺硼金刚石薄膜,通过热导率测试仪、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱、X射线光电子能谱以及四探针仪等测试手段对材料的热导率、形貌及微观质量、表面键合状态及导电性能等进行分析.结果表明,优化工艺后在自支撑金刚石厚膜表面外延形成了质量优异,结合力佳的掺硼金刚石薄膜,其电阻率最低为1.7 ×102 Ω·cm.同时,鉴于界面同质外延特性以及大尺寸晶粒特点,整体材料的热导率可高达1750 W/(m·K),显示这种层状复合材料良好的整体导热性能及表面导电性能.     

提拉法生长BGS(Bi_(12)Ge_xSi_(1-x)O_(20))系列低声速新单晶

用提拉法,生长了BGS(Bi_(12)Ge_xSi_(1-x)O_(20))系列中六种新的低声速单晶材料。晶体尺寸约为15×15×80mm~3。BGS系列单晶属等轴晶系,23点群,空间群是I23或I2_13二者之一,晶格常数为α≈10.11A。密度在9.20×10~3kg/m~3(BG)至9.30×10~3kg/m~3(BS)之间。(100)方向的纵波声速υ=3.7×10~3m/s,与BG单晶和BS单晶相近。     

InAs/GaAs单电子量子点量子比特的失相率

在有效质量包络函数理论近似下, 计算了InAs/GaAs量子点的参数相图，确切定义了InAs/GaAs量子点的参数的范围,使得该量子点能作为二能级量子系统用于量子计算；发现静电场能够有效延长消相干时间，当外加静电场超过20 kV/cm时，消相干时间能够达到毫秒量级. 这些结果有助于未来实现固态量子计算.     

新奇半导体低维结构的自组织生长

文章介绍了自组织生长半导体量子线、量子点和量子环的进展，同时介绍了这些低维半导体材料在光电子和通信等领域应用情况。此外，对这些材料的一些测试方法也进行了介绍．     

石墨烯改性聚苯硫醚涂层的摩擦学行为

采用氧化-分散-还原法制备亲有机性的石墨烯,X射线衍射分析表明获得预期产物. 采用喷涂法制备了聚苯硫醚（PPS）/聚四氟蜡/石墨烯复合涂层,摩擦学性能测试结果表明复合涂层的摩擦系数低于纯PPS涂层,而抗磨寿命明显高于纯PPS涂层,石墨烯的最佳添加量为0.8 Phr（g/100g）. 纯PPS涂层的磨损形式为严重的黏着磨损,而复合涂层以磨粒磨损为主,当石墨烯含量较高时出现疲劳磨损. 纯PPS涂层的对偶环表面呈现厚而不连续的转移膜且存在较多垂直滑动方向的裂纹,而复合涂层的对偶环形成均匀坚韧的转移膜,转移膜的形貌与涂层的摩擦学性能相对应.