具有新光学性质的Zn-Zn2SiO4纳米同轴线阵列

采用气相沉积技术在Si衬底上生长了Zn-Zn₂SiO₄芯-壳结构纳米同轴线阵列。根部呈笋状的纳米同轴线,直径约100nm,长度可以超过10μm;同轴线芯直径约50nm、壳层厚约25nm。通过X射线衍射的表征以及能量色散谱的线扫描,确定纳米同轴线的芯为Zn,壳层为Zn₂SiO₄。我们提出了一种新的生长机制,同时也为生长均匀的纳米同轴线提供一种新的技术。观察阴极荧光谱发现,纳米同轴线有三个主要发光带:强度最大的中紫外300nm发光、较弱的可见光区560nm以及红外谱区865nm的发光。对纳米同轴线截面的300nm发光峰观测发现,中紫外发光来源于Zn₂SiO₄壳层。正是这种同轴线的结构,使得其具备特殊的光学性质。     

硅酸锌的电子结构

采用局域密度泛函理论和第一性原理的方法,计算四方结构和六角结构硅酸锌的平衡晶格常数、电子态密度和能带结构。计算结果表明,四方结构硅酸锌的平衡晶格常数为0.71048nm,六角结构为1.40877nm,两者与实验值的误差均在1%左右。态密度图显示,主要电子态分布在-7.18～0.00eV和2.79～10.50eV两个能量区域;同时,不同元素电子对导带和价带有不同贡献,其中氧的p态电子对价带顶贡献最大,锌的s态电子对导带底贡献最大。能带计算表明,四方与六角结构硅酸锌均为直接带隙半导体,禁带宽度分别为2.66,2.89eV。