单层2H-MoTe2光电效应的理论研究

材料的禁带宽度是影响光电探测器探测范围的重要因素。单层2H-MoTe₂因具有合适的禁带宽度引起了科研人员广泛的研究兴趣。本文基于非平衡态格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理方法,研究了单层2H-MoTe₂的光电效应。结果表明:在线性偏振光照射下,MoTe₂产生的光电流函数与唯象理论相吻合;在光子能量范围1.6~1.8 eV (690~770 nm),对应于红光,能产生较大的光电流。利用能带结构和态密度分析了产生较大光电流的原因主要来自第一布里渊区S点的电子受激跃迁。同时发现在锯齿型方向偏压为0.8 V时,光电流达到峰值;然而在扶手椅型方向偏压为0.4 V时,光电流就达到峰值。这些计算结果可用于指导基于MoTe₂光电探测器的设计,尤其是红外光电探测器的设计。     

Designing Fano-Like Quantum Routing via Atomic Dipole-Dipole Interactions

Fano-like quantum routing of single photons in a system with two waveguides coupled to two collocated atoms is investigated theoretically. Using a full quantum theory in real space, photonic scattering amplitudes along four ports of the waveguide network are analytically obtained. It is shown that, by adjusting the atomic dipole-dipole interaction, an evident Fano-line shape emerges in the scattering spectra of the single-dot configuration system.Moreover, Fano resonance can also be achieved by varying the atom-waveguide coupling strength and atomic detuning, in the presence of the atomic dipole-dipole interaction. Therefore, the atomic dipole-dipole interaction may be utilized as a possible way to control spectral Fano-like resonance. The feasibility with the experimental waveguide channels is also discussed.     

单壁碳纳米管吸附联苯类有机物的荧光光谱分析

利用芳香族化合物对单壁碳纳米管进行了化学修饰,并利用荧光光谱以及时间分辨光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析.实验发现吸附对三联苯后有1个荧光峰位置发生了蓝移,这说明吸附过程使对三联苯的一些能级分布发生了变化.测量吸附前后对三联苯和蒽甲醇的荧光寿命,发现吸附后的荧光衰减曲线下降趋势更加明显,对曲线进行多指数拟合得出的荧光寿命及其数目发生了变化,分析了可能导致该现象的原因.     

单壁碳纳米管吸附对三联苯的研究

利用对三联苯对单壁碳纳米管进行了化学修饰,并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析.通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现,吸附后的光谱强度大约下降63.1%,说明单壁碳纳米管吸附上了对三联苯.通过拉曼光谱分析发现,吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7 cm-1,认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附对三联苯前后状态的改变导致的.     

掺杂对2H-MoTe2光电特性影响的第一性原理研究

MoTe₂是一种非空间反演对称性半导体,由线性偏振光照射,在无偏压条件下可以直接产生光电流,但是非常微弱.掺杂可以改变电子能带结构和降低空间反演对称性,从而有效的增强光电流.本文基于非平衡格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理,计算了本征、Nb掺杂、Ti掺杂和W掺杂2H-MoTe₂的能带结构、透射谱和光电流.能带结构表明：Nb掺杂使半导体2H-MoTe₂能带穿越费米能级,转变为金属特性;Ti和W掺杂减小了2H-MoTe₂的带隙,能带没有穿越费米能级,依然为半导体.掺杂都降低2H-MoTe₂的反演对称对称性,从本征的D_3h转变为C_s.从而在线偏振光的照射下可以有效的提高2H-MoTe₂的光电流.同时,发现掺杂可以提高单层2H-MoTe₂在低光子能量下的消光比,如Nb和Ti掺杂单层2H-MoTe₂分别在光子能量1.1 eV和1.2 eV处取得39.48和28.48的高消光比...     

单壁碳纳米管吸附酞菁类有机物的研究

利用苯氧基酞菁修饰单壁碳纳米管,并利用透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱以及拉曼光谱进行了表征分析.在透射电镜下观察到结合物呈现糖葫芦状,吸附后吸收光谱以及荧光光谱中峰的强度明显下降说明单壁碳纳米管吸附了大量的苯氧基酞菁,通过拉曼光谱发现吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波数方向移动,原因是单壁碳纳米管吸附苯氧基酞菁前后状态的改变导致的.     

基于类叉形纳米结构的自旋极化电流分离器

采用递归格林函数法研究了含Rashba自旋轨道耦合(spin-orbit coupling,简记SOC)效应的类叉形纳米结构中电子的自旋极化输运性质。结果表明在非自旋极化电子入射时系统的两个出射端能得到大小相等但极化方向相反的两个自旋极化电流,其物理根源是由Rashba SOC和系统的几何结构导致的两出射端具有大小不相等的自旋电导。当系统中引入无序时,无序强度对自旋极化电流的影响较弱。这些效应说明所研究的系统有可能用来设计自旋极化电流分离器。     

空位缺陷对单层2H-MoTe2光电效应的第一性原理研究

MoTe₂由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究,特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数-密度泛函理论,通过第一性原理计算方法,研究了不同原子空位缺陷对单层2H-MoTe₂光电效应的影响。结果表明:不同空位缺陷下2H-MoTe₂器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时,2Te空位缺陷对单层2H-MoTe₂的光电流有显著提升,特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2H-MoTe₂的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移,减小了带隙,在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2H-MoTe₂在远离费米能级处具有相似的能带结构,从而导致在光子能量大于1.6 eV时,1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe₂光电器件的设计。     

基于第一性原理的掺杂单层WS2的光电效应

基于非平衡态格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理方法,计算了VA族元素(N、P、As或 Sb) 掺杂单层WS₂的光电效应,并解释了掺杂提高光电效应的微观机理。结果表明:在线性极化光照射下,单层WS₂中可以产生光电流。由于掺杂降低了单层WS₂的空间反演对称性,导致N、P、As或 Sb分别掺杂的单层WS₂的光照中心区产生的光电流明显提升。其中N掺杂的效果最好,掺杂后的单层WS₂在光子能量3.1 eV时获得最大光电流(1.75),并且偏振灵敏度达到最大(18.1),P、As、Sb分别掺杂的单层WS₂在光子能量3.9 eV时取得较大的光电流,并且有较高的偏振灵敏度。研究结果表明通过掺杂能够有效增强光电效应,获得更高的偏振灵敏度,揭示了掺杂单层WS₂在光电子器件领域潜在的应用前景。     

WSe2光电性质的第一性原理研究

本文采用基于非平衡态格林函数-密度泛函理论的第一性原理方法,计算了单层WSe₂的光电性质.计算结果表明：在小偏压下,几乎整个可见光范围内都能产生较强的光响应,且光响应与偏振角θ呈现完美的余弦关系,与唯象理论相符合.锯齿型和扶手椅型WSe₂纳米器件均在光子能量为2.8 eV(443 nm,对应于可见光)时,能产生较大的光响应;利用能带结构和态密度分析了产生较大光响应的原因,其主要来自第一布里渊区高对称点X处的电子受激跃迁.此外,WSe₂纳米器件还具有较强的各向异性和较高的偏振灵敏度;这些结果可为WSe₂在光电子器件中的应用提供重要的理论参考.