新型二维半导体设计研究取得突破

<正>近期,南京理工大学纳米光电材料研究所曾海波团队,在全新二维半导体设计方面取得重要突破,相关成果以"Atomically Thin Arsenene and Antimonene:Semimetal-Semiconductor and Indirect-Direct Band-Gap Transitions"为题在线发表于《德国应用化学》(Angew.Chem.In.Ed.,2015,DOI:10.1002/anie.201411246),并被选为"热点文章(Hot Paper)"、期刊封面。该期刊由德国Wiley公司出版,是化学与材料等学科顶尖期刊,影响因子为11.3。第一作者为张胜利博士,曾海波教授为通讯作者。近年来,原子级厚度二维晶体材料,如石墨烯、硅烯和锗烯等,展现出卓越的性能,被广泛应用     

Au/ZnO/TiO_2复合薄膜的制备及光电转换性质

以含有Au和ZnO纳米颗粒的氢氧化钛溶胶作为成膜液,通过浸渍-提拉及灼烧处理在导电玻璃表面制备Au/ZnO/TiO2复合薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对所得产物进行表征.结果表明,Au和ZnO纳米颗粒均匀地分布在多孔TiO2薄膜上,通过TiO2、ZnO和Au三组分的协同效应促进了光吸收和电荷分离,使Au/ZnO/TiO2复合薄膜具有较好的光电转换性质,可用作太阳能电池材料.     

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池, 器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响. 实验发现: 聚合物薄膜经过120 °C退火10 min处理后, 开路电压(V_oc)达到0.64 V, 短路电流密度(J_sc)为10.25 mA·cm^-2, 填充因子(FF) 38.1%, 光电转换效率(PCE)达到2.00%. 为了讨论其内在机制, 对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征. 从紫外-可见吸收光谱中发现, 退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽, 特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大; X射线衍射(XRD)结果表明, 120 °C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍, 有利于光生载流子的输运; 原子力显微镜(AFM)研究结果表明, 退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度, 提高了激子解离的几率; 傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.     

供/吸电子基团共轭桥联的双BODIPY衍生物的合成及性能

设计合成了4种对称的以不同供/吸电子基团为共轭桥、两端连接meso位苯或噻吩取代的新型氟化硼二吡咯甲川(BODIPY)衍生物;通过1H NMR,13C NMR和MS等手段对其进行了结构表征;并采用紫外吸收光谱、荧光发射光谱及循环伏安(CV)等方法研究了其光电性能.紫外光谱数据表明,BODIPY结构具有明显的特征吸收,中间的桥联基团无论是强供电子的苯并二噻吩(BDT)还是强吸电子的苯并噻二唑(BT)均不能使整个分子产生明显的分子内电子迁移(ICT).另一方面,meso位的取代基可与BODIPY核产生微弱的ICT,且meso位噻吩取代的分子比meso位苯环取代的分子表现出更强的ICT.紫外光谱数据和电化学测试结果表明,meso位噻吩取代的分子比meso位苯环取代的分子具有更低的氧化电位和更窄的能隙.     

触发区域宽度对砷化镓光导开关输出特性影响

基于TCAD数值仿真软件,建立了异面结构砷化镓光导开关（GaAs PCSS）的二维数值计算模型,研究了触发区域宽度对GaAs PCSS输出特性影响。首先分析了PCSS的瞬态导通特性,结果表明,急剧增加的载流子浓度与快速演化的空间电离畴使PCSS工作在超快速导通模式。基于此,研究了触发区域宽度对PCSS输出特性影响,结果表明,宽度变大会促进载流子密度急剧倍增和雪崩电离畴的快速演化,缩短PCSS的延迟时间和导通时间。研究分析了不同触发位置对延迟时间与导通时间影响,结果表明,阴极触发的延迟时间明显低于阳极触发,而导通时间受触发位置的影响不显著。     

基于电吸收调制激光器的双功能微波光子系统

提出了一种基于电吸收调制激光器的双功能系统,可以同时实现微波信号的产生和其相位噪声的测量。该系统由基于电吸收调制激光器的光电振荡器模块和基于光延时线技术的相位噪声测量模块构成。通过使用单个电吸收调制激光器代替激光源和强度调制器,所提出的双功能系统不仅成本低廉、结构简单,而且性能表现优异;有利于在基于OEO的射频系统,特别是信号产生系统的研制、优化与工作过程中,及时评估信号源的质量并作出相应的参数调整以优化其性能,为光电振荡器的相位噪声测试提供了简单的解决方案。实验结果表明,由光电振荡器生成的9.952 GHz信号的边模抑制比为66dB,相位噪声为-116.53dBc/Hz@10kHz。此外,相位噪声测量系统的相位噪声基底达-133.71 dBc/Hz@10 kHz,其测量灵敏度优于商用信号分析仪R&S FSV40。     

基于LSTM的激光混沌同步通信

针对激光混沌保密通信系统中混沌信号接收双方硬件参数难以完全匹配的问题,用长短期记忆神经网络对发射端产生的大量混沌加密信号和部分载波信号进行充分训练,最终得到一个与发射端激光器系统高度相似的神经网络模型,并用此非线性模型代替接收端进行解密,实现了2 Gbit/s的混沌同步通信。该方法明显降低了混沌同步的复杂性。探讨了不同节点数量、耦合系数以及信噪比对于同步通信的影响,结果表明同步系数可以高达0.999 966,均方根误差达到10^-3量级,误码率低至10^-10量级。最后通过图像传输系统验证了方案的可行性。     

脑内三磷酸腺苷的光电化学活体分析北大核心CSCD

神经化学信号传递是实现大脑复杂功能的基础,因此发展神经化学信号的活体原位检测方法,对于探索脑功能和脑疾病的神经化学分子机制具有重要意义。光电化学传感技术具有灵敏度高、背景信号低和易于微型化等优点,是活体原位分析的潜在有力工具。然而,常见的光电活性材料需要短波长的光激发,其组织穿透深度不足,限制了在活体分析中的应用。基于此,本文构建了一种可近红外激发的光电化学微传感器,用于脑内三磷酸腺苷(ATP)的原位检测。将稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)引入传感界面,用UCNPs的发光激发电极表面的光电活体材料产生光电流信号,通过荧光染料(TAMRA)标记的核酸适配体调节UCNPs的发光,发展一种基于光学调控策略检测脑内ATP的光电化学传感新方法。所制备的微传感器成功用于炎症模型中小鼠脑内ATP的原位检测,初步探索了脑部炎症与ATP水平变化的关系。     

全无机卤化铅钙钛矿的结构、热力学稳定性和电子性质

有机-无机杂化卤化铅钙钛矿因具有独特的电子和光学特性,已经成为光电领域最有前途的材料。但是,有机-无机钙钛矿材料及器件稳定性差,限制了其实际应用。与杂化钙钛矿相比,全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃(X=Cl,Br,I)显示出更强的热稳定性。全无机卤化物钙钛矿CsPbX₃具有多个晶型,在不同的温度下呈不同相结构。目前,关于CsPbX₃的结构和物理性质仍存在争议。本文我们针对三个晶相α-,β-和γ-CsPbX₃的结构,热力学稳定性和电子性质进行了全面的理论研究。第一性原理计算表明,从高温α相到低温β相,然后再到γ相的相变伴随着PbX₆八面体的畸变。零温形成能计算表明,γ相最稳定,这与实验中γ相为低温稳定相的结论一致。电子性质计算表明,所有CsPbX₃钙钛矿都表现出直接带隙性质,并且带隙值从α相到β相再到γ相逐渐增加。这是由于相变发生时,Pb-X成键强度逐渐减弱,使价带顶能量降低,进而带隙增加。在所有相中,α相结构中较强的Pb-X相互作用,导致了较强的带边色散,使其具有较小的载流子有效质量。     

SCN掺杂提高CsPbI3胶体量子点的稳定性和光探测性能

无机卤化物钙钛矿CsPbI₃胶体量子点因其优越的光电性能在光伏和发光器件领域中表现出极大的发展前景。然而,CsPbI₃较差的稳定性阻碍了实际应用。为此,我们采用SCN?离子掺杂CsPbI₃(SCN-CsPbI₃)量子点用于提高量子点的光学性能和稳定性。研究表明,SCN?离子掺杂不仅减少了量子点缺陷、改善了光学性能,还提高了Pb-X键能、量子点结晶质量以及钙钛矿结构稳定性。结果表明,SCN-CsPbI₃量子点的荧光量子产率(PLQY)超过90%,远高于未掺杂原始样品(PLQY为68%)。高的荧光量子产率表明量子点具有较低的缺陷态密度,这归咎于缺陷的减少。空间限制电荷和时间分辨荧光光谱等研究也证实SCN?离子掺杂减少了量子点的缺陷。此外,SCN-CsPbI₃量子点展现出很好的抗水性能,其荧光强度在水中浸泡4 h后依然保持85%的初始值。而未掺杂原始样品的荧光性能很快消失,这是因为水诱导其相变。基于SCN-CsPbI₃量子点的光电探测器表现出宽波域响应(400–700 nm),高的响应率(90 mA·W^?1)和超过1011 Jones的探测度,远高于未掺杂原始量子点探测器的性能(响应率为60 mA·W^?1和探测度为1010 Jones)。