光栅局域调控二维光电探测器

近年来,二维材料独特的物理、化学和电子特性受到了越来越多的科研人员的关注.特别是石墨烯、黑磷和过渡金属硫化物等二维材料具有优良的光电性能和输运性质,使其在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景.本文将主要介绍二维材料在光电探测领域上的应用优势,概述光电探测器的基本原理和参数指标,重点探讨光栅效应与传统光电导效应的区别,以及提高光增益和光响应度的原因和特性,进而回顾光栅局域调控在光电探测器中的最新进展及应用,最后总结该类光电探测器面临的问题及对未来方向的展望.     

EuS/Ta异质结的极大磁电阻效应

在铁磁/超导异质结中,铁磁体的交换场通过近邻效应将导致超导体准粒子态密度的塞曼劈裂.基于该效应,在外磁场不强的情况下,通过外加磁场可以有效地调节铁磁/超导界面处的交换作用,从而实现超导体在正常态和超导态之间转换,产生极大磁电阻.本文利用脉冲激光沉积方法制备了EuS/Ta异质结并研究了其电磁特性.Ta在3.6 K以下为超导态,EuS在20 K以下为铁磁态.在2 K时,EuS/Ta异质结中可观测蝴蝶型磁滞回线,证明在低磁场下(<±0.18 T)异质结中EuS铁磁态和Ta超导态共存.磁输运测试表明,通过施加外磁场可以有效调节EuS的交换场,随着交换场的增大,同时也加强了界面处的交换作用,从而抑制Ta的超导态,实现了Ta在超导态和正常态之间的转变,在EuS/Ta异质结中观测到了高达144000%的磁电阻.本文制备的EuS/Ta异质结具有极大磁电阻效应,在自旋电子学器件中有潜在的应用前景.     

基于水滑石前驱体制备ZnCr_2O_4-ZnO复合光催化剂及产氢性能

以研磨水热法合成ZnCr_2O_4-ZnO异质结型光催化剂,对所得样品进行了TG-DTA、XRD、SEM、HRTEM、DRS和N2吸附-脱附表征分析;在模拟太阳光下,以草酸为牺牲剂对样品的光催化产氢活性进行评价,并分别与共沉淀法、尿素回流法和尿素水热法制备的ZnCr_2O_4-ZnO样品进行比较,探讨了异质结型ZnCr_2O_4-ZnO复合光催化剂的产氢机理。结果表明,四种方法制备的Zn-Cr前驱体都具有一定的水滑石结构,经500℃焙烧后,均为球形纳米粒子,但团聚情况各异,比表面积和孔结构参数有较大差别。其中,研磨水热法所得样品ZnCr_2O_4-ZnO粒子均匀,光电流响应强度最大,产氢效率最高,为0.956 mmol/(h·gcat),分别是共沉淀法、尿素回流法和尿素水热法制备样品产氢量的2.3、1.5和3.0倍。     

在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu2O/g-C3N4异质结膜

近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.     

Bi2Fe4O9/g-C3N4/UiO-66三元复合材料的协同光催化作用

通过水热法合成具有协同机制的三元复合材料Bi₂Fe₄O₉/g-C₃N₄/UiO-66,研究表明三元复合光催化剂的催化活性要高于二元材料和纯材料。这主要是由于Bi₂Fe₄O₉更易于和g-C₃N₄结合形成稳定的Z-scheme异质结结构,使三元复合材料增强了可见光响应能力,提高了电子-空穴分离能力,增强了空穴和电子的氧化还原能力。     

弱界面异质球形夹杂本征应变问题的解析解

本文研究了具有线弹簧弱界面的异质球形夹杂的本征应变问题，所采用的线弹簧界面模型既能界面的切线方向滑动，又能考虑界面的法线方向张开，根据叠加原理、原问题的弹性场可分成三部分；二部分由真实均匀本征应变所引起，另一部分由等效的非均匀本征应变所引起，后一部分则由虚拟的Ｓｏｍｉｇｌｉａｎａ位错场所产生。本文求得了等效非均匀本征应变和虚拟位错场的Ｂｕｒｇｅｒ矢量的解析表达式，进而确定的问题的弹性场。     

花状Cu_2O/Cu复合材料的光催化性能

不采用任何模板,利用原位逐步水热方法一次性合成了花状Cu2O/Cu复合材料.采用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和自动吸附仪对样品的相结构、形貌和比表面积进行了表征.以偶氮染料Procion Red MX-5B为探针分子,对复合催化剂进行了可见光催化表征.结果表明该复合催化剂中的Cu和Cu2O之间存在相互作用,其催化活性远高于单相Cu2O和商用P25粉末,有望成为污水治理的新型材料.     

Ⅲ族氮化物异质结构二维电子气研究进展

本文总结了近年来Ⅲ族氮化物半导体异质结构二维电子气的研究进展。从Ⅲ族氮化物材料晶格结构和特有的极化性质出发,重点讨论了AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的性质,总结分析了异质结构中Al组分、势垒层厚度、应变弛豫度、掺杂等对二维电子气浓度和迁移率的影响,同时还涉及AlGaN/GaN/AlGaN,AlGaN/AlN/GaN和AlGaN/InGaN/GaN等异质结构二维电子气性质。     

锰氧化物相竞争的理论研究

势函数是在平衡态统计物理中应用得十分成功的理论,将势函数理论推广到非平衡系统是非平衡态统计物理的一项十分重要的任务。本文综述了非平衡态势函数理论的一个重要方面,即利用对随机过程的研究来建立系统的势函数,本文阐述了非平衡系统势函数的定义和概念;论证势函数在系统演化过程中的单调性质;详细介绍了各种计算非平衡势函数的方法;同时介绍了利用势函数解析地研究在噪声作用下的非线性系统的非定态演化行为。整个研究包含了一维和多维系统的广泛系统。