单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

光纤腔耦合碳化硅薄膜的理论计算

半导体材料中的自旋色心是量子信息处理的理想载体,引起了人们的广泛兴趣.近几年,研究发现碳化硅材料中的双空位、硅空位等色心具有与金刚石中的氮-空位色心相似的性质,而且其荧光处于更有利于光纤传输的红外波段.然而受限于这类色心的荧光强度和谱线宽度,它们在量子密钥分发和量子网络构建等方面的实际应用依然面临严峻的挑战.利用光学腔耦合自旋色心实现荧光增强和滤波将能有效地解决这些难题.将光纤端面作为腔镜,并与自旋色心耦合可以实现小模式体积的腔耦合,而且天然地避免了需要再次将荧光耦合进光纤而造成损耗的缺点.本文理论计算了耦合碳化硅薄膜的光纤腔的性质和特征.首先通过优化各项参数包括薄膜表面粗糙度、腔镜反射率等,理论分析了存在于光纤腔中的不同模式的特点,以及光纤腔耦合色心的增强效果及相关影响因素.进一步地研究了对开放腔而言最主要的影响因素—振动对腔性质、色心的增强效果以及耦出效率的影响,最终得到在不同振动下的最大增强效果以及对应的耦出透射率.这些结果为今后光纤腔耦合色心的实验设计提供了最直接的理论指导,为实验的发展和优化指明了方向.     

磁场下有原子自旋轨道耦合的各向异性量子点的精确解析传播子

量子力学中很少有系统能够精确地计算传播子, 特别是在考虑了自旋轨道耦合效应的情况下. 利用相空间的群论方法, 首先导出了有原子自旋轨道耦合的各向异性量子点传播子的精确解析表达式. 随后利用传播子来计算自旋高斯波包的演化与相应的概率密度, 并研究了原子自旋轨道耦合效应和磁场强度对距离期望值的影响.     

Li原子掺杂C28单分子器件的热自旋输运性质

利用第一性原理对Li原子掺杂C₂₈的分子器件的热自旋输运性质进行了计算。在不同的温度场下,上下自旋分别为Li原子掺杂C₂₈的分子器件中的空穴和电子提供了输运通道,在MJ₁和MJ₃分子器件中,热自旋电流随着温度增加而增大,但在MJ₂分子器件中,热自旋电流先增大再减小。三种分子器件都出现了自旋塞贝克效应,MJ₂还出现了负微分电阻现象,利用费米-狄拉克分布和自旋输运谱对其物理机理进行了解释。根据Li掺杂C₂₈的单分子器件的热自旋输运性质,可设计新的自旋纳米器件。     

单参考态微扰理论发散问题的理论研究

本文对闭壳层和开壳层分子系统由于加入弥散函数导致的单参考态微扰理论的发散问题进行了深入的研究. 发现对开壳层系统，微扰能量的振幅随体系自旋多重度的增加而增加. 本文利用Feenberg变换来处理微扰理论的发散问题. 通过调节Feenberg 变换的参数λ来加速微扰序列的收敛性. 数值计算表明，存在一个λ值，微扰序列收敛最快. 还发现该λ值随着自旋多重度增加而增加.     

钙钛矿结构RFeO3晶体的磁化跃迁效应研究进展

钙钛矿稀土正铁氧体RFeO₃具有丰富的磁性,这主要源于4f电子层的稀土离子和3d电子层的铁离子之间复杂的相互作用。磁化跃迁作为RFeO₃体系中的重要现象,是指体系中的稀土离子磁矩和铁离子磁矩在特定的磁场和温度下发生180°旋转,宏观表现为磁热曲线中磁化强度发生断崖式变化。本文综述了不同化合物RFeO₃的两种磁化跃迁现象,第一类磁化跃迁通常具有补偿点,F_R与F_Fe的排列耦合方向不变,第二类磁化跃迁则相反,且两类磁化跃迁出现的温区受外加磁场的调控。     

双原子分子激发态势能的自旋相关局域Hartree-Fock密度泛函理论方法

基于自旋相关局域Hartree-Fock (SLHF)势函数，本文提出了一种计算双原子分子激发态势能的密度泛函理论(DFT)方法，并将该方法应用于和的激发态势能曲线的计算。在只考虑交换能的情况下，本文的DFT计算结果与文献中精确方法和Hartree-Fock (HF)方法的结果符合的非常好，说明采用SLHF势函数作为交换势的DFT方法是一个很好的计算激发态势能的方法。本文还计算和探讨了电子的关联势函数和关联能，发现传统的近似方法在较大核间距的情况下大大低估了电子的关联能.     

G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题，设计了一个G波段带状注速调管，展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A，1 mm×0.15 mm的椭圆电子注，以及与之相匹配的互作用系统，即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔，可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示，在考虑实际腔体损耗的情况下，能够获得超过500 W的功率，电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现，输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约；输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著，工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。     

国内CIDEP研究进展

化学诱导动态电子极化（CIDEP）是检测瞬态顺磁粒子并表征其特征的强有力的手段,对于研究光化学和光物理瞬态过程的微观机理和规律有重要意义. 本文较为详细地总结了4种常见的CIDEP机理,讨论了各种极化谱及相应的极化条件;简要介绍了国内研究小组在CIDEP理论以及在均相溶液和微复相体系中光化学过程的CIDEP研究成果.      

费米子的相对论自旋输运理论

在重离子碰撞中,自旋轨道耦合可以导致整体极化现象.自从2017年,STAR工作中发现超子Λ在Au+Au碰撞中的整体极化,整体极化效应引起了学术界的广泛关注.整体极化效应的微观产生机制可以利用粒子之间非定域的散射过程来描述：在重离子碰撞中产生了热密物质,热密物质中的粒子之间通过非定域的碰撞过程实现了轨道角动量向自旋角动量的转换,从而导致散射后的粒子自旋极化.为了描述这一微观过程,在相空间描述自旋轨道耦合更加方便,而自旋轨道耦合又是一种量子效应,所以基于协变维格纳函数的量子动理学理论将是描述整体极化现象的有力工具.本文介绍了基于维格纳函数的量子动理学理论以及自旋输运理论.近期自旋输运理论的发展为以后数值模拟自旋极化现象的时空演化提供了理论基础.