(InAs)1/(GaSb)1超晶格原子链的第一原理研究

利用第一原理平面波赝势法, 对(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格原子链的原子结构、力学特性、电子能带结构、 声子结构和光学特性进行研究, 并结合密度泛函理论数值原子轨道赝势法和非平衡格林函数法计算量子输运特性. 与二维层结构的(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格相比, (InAs)₁/(GaSb)₁超晶格原子链的能带结构有明显不同, 在某些情况下表现为金属能带特性. 对理想条件下(InAs)₁/(GaSb)₁ 超晶格原子链的力学强度计算表明, 该结构可承受的应变高达 ε=0.19. 通过对声子结构的完整布里渊区分析, 研究了(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格原子链的结构稳定性. 对两端接触电极为Al纳米线的InAs/GaSb超晶格原子链的电子输运特性计算表明, 电导随链长和应变的改变而发生非单调变化.光吸收谱的计算结果表现出在红外波段具有陡峭吸收边, 截止波长随超晶格原子链的结构而变化.预计InAs/GaSb超晶格原子链可应用于红外光电子纳米器件, 通过改变超晶格原子链的结构来调节光电响应波段.     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.     

Ag60纳米颗粒[{Cl@Ag12}@Ag48(dppm)12]的结构(其中dppm=双(二苯基膦基)甲烷

本文合成一种新的双膦连接Ag₆₀纳米团簇[{Cl@Ag₁₂}@Ag₄₈(dppm)₁₂],并通过X射线晶体学进行表征. 二十面体的银处于核心位置,里面是中心氯化物组成,外面有48 个银原子/离子的包裹,顶端是12个双(二苯基膦基)甲烷(dppm)配体. 同时利用密度泛函理论对阳离子[{Cl@Ag₁₂}@Ag₄₈(dppm)₁₂]⁺进行计算,以确定该结构是否对应于核心数n=58的超原子. DFT计算的优化结构与X射线一致,但是HOMO-LUMO的能差并不能保证其超级稳定性.     

分子基磁体Cr[N(CN)2]2电子结构和半金属性的第一性原理研究

基于第一性原理方法结合广义梯度近似,研究了分子基磁体Cr[N(CN)₂]₂的电子结构和半金属性. 对总能量,自旋极化的能带结构,态密度以及自旋磁矩的计算表明该分子磁体为半金属铁磁体．每个分子的总磁矩为2.00μB,其中Cr²⁺对分子磁矩的贡献较大,而配位体上的碳原子和氮原子的贡献相对较小．讨论了当晶格常数发生小幅变化时材料半金属性的变化.     

Bi2Te3/Sb超晶格纳米线的外延生长和热电测量

通过脉冲电沉积,外延生长出小单元长度的Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线.借助哈曼方法,测量了超晶格纳米线阵列的热电性能,330 K时的ZT值可达0.15.研究了Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线阵列器件的制冷或者加热能力,发现器件的上下表面的最大温差可以达到6.6 K.     

应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构和极化的第一性原理研究

通过第一性原理计算，研究了在不同应力作用下铁电超晶格BaTiO₃/SrTiO₃的结构以及自发极化的变化.结果显示，在应力作用下，晶格发生变形，并且沿着c轴在Ti原子和O原子之间电荷发生传输.随着应力的增加，超晶格中各类原子沿着c轴的位移都会有不同程度上的增加，造成了铁电超晶格的自发极化不断提高.此外，在该模型中，通过变化所施加的应力，可以控制超晶格的极化性质.     

Ⅰ类和Ⅱ类准周期半导体超晶格的电子子带和波函数

本文将包迹函数近似推广用于计算有理数近似下,垂直于超晶格轴的波矢K_⊥不等于零时,准周期半导体超晶格(QSS)的电子子带和波函数,对K_⊥=0的情形,分别计算了Ⅰ类的GaAs/Al_xGa_1-xAs和Ⅱ类的InAs/GaSb QSS的电子子带和波函数,直至代序数m=9和6。对于价带对导带影响强的InAs/GaSb QSS,分别计算了m=5和6时电子子带随K_⊥的变化关系。并提出了利用本文结果计算Ⅰ类的GaAs/Al_xGa_1-xAs QSS带间集体激发的具体方法。     

Ag4超原子在超原子分子中的SP3杂化特性

为了研究和原子类似的超原子也能用来组建分子和材料的这一特性,以正四面体的Ag₄团簇为例构建了一系列的超原子分子Ag₄X₄(X=H,Li,Na,K,Cu,Ag,Au以及F,Cl,Br)． 基于超级价键模型,可以将正四面体的Ag₄团簇视为4电子的超原子,通过比较Ag₄和C组成的代表分子Ag₄X₄(X=Au,Cl)和CX₄(X=H,Cl)的成键模式和分子轨道,可以发现Ag₄超原子与sp³杂化的C原子相似．能量计算显示超原子分子是稳定的,大能隙和高芳香性也进一步证实了它们的稳定性．     

晶格匹配InAs/AlSb超晶格材料的分子束外延生长研究

InAs/GaSb超晶格是量子级联激光器(quantum cascade lase,QCL)和带间级联激光器(interband cascade lasers,ICL)结构中重要的组成,特别是作为ICL的上下超晶格波导层是由大量的超薄外延层(纳米量级)交替生长而成,细微的晶格失配便会直接导致材料晶体质量变差,而且每层的厚度和组分变化会强烈影响材料结构性能.论文研究验证了InAs/GaSb超晶格材料生长的最佳温度约在420℃.通过在衬底旋转的情况下生长40周期短周期GaSb/AlSb和InAs/GaSb超晶格,并采用XRD测量拟合获得了GaSb和AlSb层厚分别为5.448 nm和3.921 nm,以及InAs和GaSb层厚分别为8.998 nm和13.77 nm,误差在10%以内,获得了InAs/AlSb超晶格的生长最优条件.在GaSb衬底上生长晶格匹配的40周期的InAs/AlSb超晶格波导层,充分考虑飘逸As注入对InAs/AlSb超晶格平均晶格常数的影响,在固定SOAK时间为3 s的条件下,通过变化As压为1.7×10^-6 mbar来调整个超晶格的平均晶格常...     

氧化钨纳米线-单壁碳纳米管复合型气敏元件的室温NO2敏感性能与机理

利用溶剂热法合成了一维的氧化钨纳米线, 通过掺入适量单壁碳纳米管(SWNT)制备了基于氧化钨纳米线-SWNT 复合结构的室温气敏元件并评价了其对NO₂气体的室温敏感性能. 利用X射线与扫描电子显微镜表征了材料的微结构, 结果表明, 合成的氧化钨纳米线具有单斜的W₁₈O₄₉结构, 复合材料中SWNT被包埋在氧化钨纳米线中间. 气敏性能测试结果表明, 氧化钨纳米线-SWNT复合结构气敏元件在室温下对NO₂气体表现出了高的灵敏度和超快的响应特性; 较低的SWNT掺入量对获得好的气敏性能有利. 分析了基于复合结构材料气敏元件的可能的气敏机理, 认为元件良好的室温敏感性能与SWNT掺入在复合结构材料中引入大量的贯穿气孔和p-n异质结有关.     

UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用局域自旋密度近似 (LSDA)和有效库仑相关能 (U) 方法研究了UO₂的晶格参数、能带结构和光学常数. 计算得到的UO₂晶体的晶格常数为5.40 ?,带隙宽度为1.82 eV,正确预测了UO₂的反铁磁性半导体基态性质. 能带结构和介电函数的分析结果表明,铀的6d电子在晶体场中发生劈裂形成两个能级,与实验结果较为符合.     

银催化合成Tb(BO2)3纳米棒

采用固相反应银作催化剂成功合成出棒状结构的稀土硼酸盐Tb(BO₂)₃发光材料. 利用X射线衍射和区域电子衍射研究了产物的结构特性,在700 oC煅烧时,Tb(BO₂)₃纳米棒具有良好晶形. 透射电镜分析表明,Tb(BO₂)₃纳米棒直径为100～200 nm,厚度为30～50 nm,长约3 μm. 基于Ag纳米颗粒附在Tb(BO₂)₃纳米棒的顶端和中部的事实,探讨了Tb(BO₂)₃纳米棒的生长机理. 荧光光谱研究表明,在369 nm紫外光激发下,Tb(BO₂)₃能发出Tb³⁺的特征绿色荧光,发射主峰位于546 nm,归属于⁵D₄→⁷F₅跃迁. 同时,也探讨了煅烧温度对产物的结构、形貌以及发光性质的影响.     

N24B24分子结的电子传输

利用GW近似和非平衡格林函数结合的方法 研究了耦合到两个金属触点的N₂₄B₂₄分子的电子传输性. 计算结果表明,在单个和多个原子触点的态密度曲线上分别出现四个和三个谐振隧峰. 在I-V特性曲线上出现断路状态和微分负阻效应. 对于一、四、六、八原子的触点在电压分别在 ∓4.5、∓4、∓4.6、∓4.3 V表现出微分负阻效应行为. I-V特性在以低电压断开状态,呈独立的触点类型. I-V曲线取决于触点类型,并且表明N₂₄B₂₄分子呈现半导体的特性.     

花状NaY(MoO4)2的合成和(MoO4)2:Eu3+的光学性质

用微波辅助水热-煅烧法成功合成了花状NaY(MoO₄)₂颗粒,用XRD、XPS、FESEM进行了表征,提出了花状NaY(MoO₄)₂颗粒可能的形成机理. 采用相同的方法合成了NaY(MoO₄)₂:Eu³⁺荧光体,该荧光材料在612 nm处有一个强的发射峰,可用作白色发光二极管的红色磷光剂. 此外,微波辅助水热-煅烧法可能发展成为制备其他花状稀土钼酸盐的有效途径.     

超高泵浦功率下的Xe(6p[1/2]0, 6p[3/2]2, 和6p[5/2]2)原子的能量转移过程

本文研究了Xe(6p[1/2]₀, 6p[3/2]₂, and 6p[5/2]₂)原子在聚焦条件下的动力学过程. 激发能级的原子密度在聚焦条件下会显著地增加,因此两个高激发态原子之间的energy-pooling碰撞的概率也会增加. 这种energy-pooling碰撞主要有三种类型. 第一种类型为energy-pooling碰撞导致的电离. 一旦将激发激光聚焦,就可以从侧面的窗口观察到非常明显的电离现象,不论激发能级是6p[1/2]₀、6p[3/2]₂或6p[5/2]₂能级. 这种电离的产生机理是energy-pooling电离或者一个Xe^*原子再吸收一个光子产生电离. 第二种类型为跨越较大能极差的energy-pooling碰撞. 当激发能级为6p[1/2]₀能级的情况下,两个6p[1/2]₀原子碰撞会产生一个5d[3/2]₁原子和一个6s''[1/2]₀原子. 第三种类型为跨越较小能级差的energy-pooling碰撞. 以5个二次产生的6p能级为上能级的荧光强度都变得更强,并且这些荧光的上升沿都变得更陡峭. 产生这些6p原子的主要机理是energy-pooling碰撞并非简单的碰撞弛豫. 基于理想气体原子之间的碰撞概率公式,推导出两个6p[1/2]₀原子的energy-pooling碰撞速率为6.39x10⁸s^-1. 此外,6s原子在聚焦条件下的密度也会增加. 因此所有的荧光曲线会因为辐射俘获效应而出现非常严重的拖尾.     

LiO2(C2V，X2A2)分子的结构与势能函数

使用二次组态相互作用方法，在aug-cc-pvtz基组水平上对LiO₂(C_2V，X²A₂)基态分子进行了几何优化，得到了它的平衡几何构型和力常数.根据原子分子反应静力学原理得到可能的电子状态和离解极限.应用多体展式理论方法推导出了LiO₂(C_2V，X²A₂)基态分子的解析势能函数.     

2D SnP3: 具有高载流子迁移率和光吸收率的范德瓦尔斯晶体

本文基于第一性原理计算,预测了二维SnP₃层作为新型半导体材料,具有0.71 eV(单层)和1.03 eV(双层)的间接带隙,这与体结构的金属特性不同. 值得注意的是,2D SnP₃具有9.171×10⁴ cm²?V^-1?s^-1的高空穴迁移率和对于整个可见光谱的高光吸收(∽10⁶ cm^-1),这预示2D SnP₃层有望成为纳米电子学和光电子学的候选材料. 有趣的是,本文发现2D SnP₃双层具有与硅类似的电子和光学特性. 考虑到硅基微电子和光伏技术的巨大成功,本文的研究结果将有助于纳米领域的相关研究.     

α-Al2O3(0001)表面原子缺陷对ZnO吸附影响

采用基于密度泛函理论的分子动力学方法，对α-Al₂O₃(0001)表面 Al，O原子空位缺陷及其对ZnO吸附进行了理论计算.电子局域函数显示了表面空位处的电子密度变化，表面Al原子空缺处有非常明显的缺电子区域，悬挂键临近O的电子密度增大，有利于对Zn的吸附；O原子空缺处的Al原子处存在孤立电子，其ELF值为005—03，将有利于同电负性较大的O或O^2-结合.通过吸附动力学模拟与体系能量的计算发现，表面缺陷显著增强了表面 的化学吸附，空缺原子处都被吸附原子填补，吸附结合能远大于单晶表面的情况.在Al空缺的表面，由于ZnO的O与表面O形成双键，破坏了α-Al₂O₃(0001)表面O六 角对称结构，减小了 O的表面扩散，从而不利于规则的ZnO薄膜生长.相反，O的空缺表面，弥补了α-Al_{2O3(0001)表面O空位缺陷，不影响基片表面O六角对称结构.}     

FePc与TiO2(110)及C60界面电子结构研究

基于C₆₀受体和有机分子给体的太阳能电池是目前非常重要的一个研究热点, 利用同步辐射真空紫外光电子能谱(SRUPS) 技术研究了酞菁铁(FePc)与TiO₂(110)及C₆₀的界面电子结构, 以及FePc与C₆₀分子混合薄膜的电子结构. SRUPS价带谱显示, FePc沉积在化学计量比与还原态两种不同的TiO₂(110)表面时, FePc分子的HOMO能级均随FePc厚度的变化发生了移动, 而在化学计量比的TiO₂(110)表面位移较大, 同时发生界面能带弯曲, 说明存在从有机层向衬底的电子转移. 在FePc/C₆₀和C₆₀/FePc界面形成过程中, FePc与C₆₀分子的最高占据分子轨道(HOMO)位移大小基本相同. 由界面能级排列发现, 在FePc与C₆₀的混合薄膜中, FePc分子的HOMO与C₆₀分子的最高占据分子轨道能级差较大, 这有利于提高器件开路电压, 改善器件性能.     

Bi2Sr2CaCu2Oy单晶调制结构的X射线衍射研究

用Ｘ射线转靶衍射仪，详细地观察和分析了Bi₂Sr₂CaCu₂O_y单晶的调制结构．指出布喇格反射的卫星峰是沿ｃ^*拉长的，与Ｂ心正交对称结构不相符的宽化峰正是由于这种拉长的结果，且导致卫星峰强度的不对称性．Ｂｉ-Ｏ层和钙钛矿层晶格失配形成的超晶格为非正交而是单斜的，并可能存在超晶格孪晶