A DFT Investigation on the Co-adsorption of H_2 and Ions inside the Carbon Nanotube

We studied the co-adsorption of hydrogen molecule and ions (Li,K,Mg,Ca) inside the single-walled carbon nanotubes (SWNTs) by using density-functional theory (DFT).The band structures (BS),density of states (DOS),charge transfer and difference charge density are presented.We discussed the interaction between the ions (Li,K,Mg,Ca) and H 2.Meanwhile,the binding energy indicates that ionization can increase the adsorption energy of H 2 in CNT.     

一种可以反射p波的土层结构

本文将光子晶体的概念应用于土层结构设计，并利用传输矩阵法计算了p波在土层结构中的传播特性。结果表明，这种土层结构可以全部反射特定频率范围内入射的p波，从而可以减少p波对地上建筑的破坏。此外，还考察了土层的物理特性对反射频带的影响。     

2.5THz量子级联激光器的研制

基于束缚态到连续态跃迁有源区能带结构,实现了2.5THz量子级联激光器的连续波工作。激光器的输出频率随电流可在2.45~2.47THz之间可调,在连续波工作模式下的最高输出功率大于6.0mW,最高连续波工作温度为60K,阈值电流密度为120A/cm2,经Si透镜整形后的输出光斑为高斯分布。     

光子晶体几何结构设计对LED出光效率影响的研究

利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理,研究了一种参数设计方法.采用FDTD方法计算了表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体出光效率.计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,该参数设计思路也为光子晶体设计提供了参考依据.     

高压下三元金属间化合物SrAlSi的电学和晶格动力学特性

基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了三元金属间化合物SrAlSi在高压下的电子性质和晶格动力学性质.三元金属间化合物SrAlSi具有和MgB₂类似的六角蜂巢状结构,Sr原子取代了Mg原子的位置,Al、Si原子无序地占据B原子的位子.通过对SrAlSi三元金属间化合物能带和三维费米面的计算,发现在压力的作用下SrAlSi费米面附近的能带发生电子拓扑变化,压力可以导致电子拓扑结构相变(ETTs).通过晶格动力学研究发现,在压力的作用下,SrAlSi的光学支沿着A-L-H方向逐渐软化,声学支逐渐变硬,说明金属间化合物SrAlSi在压力作用下结构不是很稳定,随着压力的继续增大,会有新的结构出现.     

多级复合半导体纳米材料的制备

金属氧化物、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ等半导体纳米材料由于其独特的功能性质已广泛应用于光学、电子、太阳能转化、催化等领域,是当今先进材料领域的研究前沿与热点。随着科技的发展,人们对材料的高效、多功能要求已成为必然,对半导体材料发展要求亦如此。多组分复合、多层次结构协同是实现半导体纳米材料多功能化与高效化的有效途径。构筑多级结构组合纳米半导体,不但可以调控其能带结构而提高半导体材料的光电与催化性能,而且由于多级低维纳米结构聚集时形成的空间位阻效应可以有效克服纳米晶“易团聚”难题。本文提出多级结构组合纳米晶的概念、分类,结合近年来该领域的研究实践,较系统地综述了多级复合半导体纳米结构制备的最新研究进展。首先简要介绍了多级复合半导体纳米材料的概念与典型结构; 其次对典型多级复合半导体纳米材料的制备方法进行了重点评述,分别综述了液相法、气相法以及最新发展起来的静电纺丝等方法在多级结构半导体复合纳米材料制备中的应用实践。再其次,对以具有半导体特性的石墨烯及其功能化衍生物为基体的新型多级复合半导体纳米材料的制备做了综述。最后对半导体/半导体多级结构复合纳米材料的发展方向做了展望。     

超晶格材料光电性能及其相关力学问题研究进展

超晶格材料是由两种或两种以上性质不同的薄膜交替生长而形成的人工周期性结构材料.超晶格材料中具有连续介质力学``小尺度效应'和量子力学``大尺寸量子效应'并存的现象.阐述了超晶格材料周期结构特征和制备技术,介绍了超晶格材料量子化能带结构及其奇异的光电特性.探讨了超晶格材料微观结构及其变形机理,归纳了超晶格材料量子化电子结构的几种常用计算方法,如紧束缚方法、赝势方法和k$ \cdot $p微扰方法等.重点介绍了外力场和应变对超晶格材料量子化电子结构及其光电性质影响,包括作者所在研究小组近期在端部摩擦、点载荷、有限界面和各向异性等对超晶格微观变形及其量子化电子结构影响的跨尺度一体化研究方面的最新工作进展.      

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法.该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线.与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性.在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性.结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能.     

锯齿型石墨烯纳米窄带中量子霍尔体系的电场调控

应用含自洽格点在位库仑作用的Kane-Mele模型,研究锯齿型石墨烯纳米窄带平面内横向电场对边界带能带结构和量子自旋霍尔(QSH)体系的影响.研究结果显示,当电场强度较弱时,外加电场的方向可以调控自旋向下的两个边界带一起朝不同方向移动,导致波矢q=0.5处自旋向下的两个纯边界态的能量简并劈裂方向可由电场调控;当电场强度进一步增强到超过0.69 V/nm,自旋向下的两个边界带出现较大带隙,能带反转,而自旋向上的电子结构无能隙,系统呈现半金属性,同时QSH体系不再是B类.特别当电场强度为1.17 V/nm时,在自旋向下能带的能隙中,q=0.5处存在自旋向上的纯边界态,意味着在8格点边界处可以产生自旋向上的纯边界电流.当电场强度持续增加时,QSH系统从B类到C类经历3个阶段的变化.当电场强度超过1.42 V/nm后,自旋向上的两个边界带也出现能带反转,分别成为导带和价带,系统成为C类的普通量子霍尔体系.     

近800 nm波长张应变GaAsP/AlGaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_1-xP_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_1-xP_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh₁,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh₁.计算并分析了导带第一子带c₁到价带子带lh₁和hh₁的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_1-xP_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.