g-C3N4/SnS2异质结构:一类有潜力的光解水催化剂

采用第一性原理方法研究了层间耦合作用对g-C₃N₄/SnS₂异质结构的电子结构和吸光性质的影响.发现g-C₃N₄/SnS₂是一类典型的范德瓦异质结构,能有效吸收可见光,其价带顶和导带底与水的氧化还原势匹配,且由于电荷转移而导致的界面处极化场有利于光生载流子的分离.这些理论研究结果表明g-C₃N₄/SnS₂异质结构是一类非常有潜力的光解水催化材料.     

二维GaTe/Bi_2Se_3异质结:一类有潜力的Z型光解水催化剂（英文）

本文基于第一性原理方法,计算了二维GaTe/Bi_2Se_3异质结的电子结构、界面电荷转移、静电势分布、吸收光谱及光催化性质.计算结果表明异质结是一个小能隙的准直接半导体,能有效捕获太阳光.由于相对较强的界面内建极化电场和带边轻微弯曲,导致异质结中的光生电子和空穴分别有效分离在GaTe单层和Bi_2Se_3薄片上,可用于析氢和产氧.这些理论计算结果意味着二维GaTe/Bi_2Se_3异质结是一类有潜力的Z型太阳能全解水催化剂.     

Z型InN/SnS2范德华异质结增强光催化水分解

寻找高效的光催化剂分解水制氢是解决能源危机和环境问题的有效途径之一.基于第一性原理,对InN/SnS₂异质结的几何结构、电子结构和光催化水分解性能进行研究.结果表明InN/SnS₂异质结是具有的Ⅱ型能带排列半导体材料可以有效地分离电子空穴对.在光激发下,较小的带隙以及合适的内建电场使得光生载流子迁移路径成“Z”字型,这保留了InN/SnS₂异质结强氧化还原能力.光生电子在InN的导带底累积并发生析氢反应,而积累在SnS₂上的光生空穴使析氧反应自发发生.它们的带边位置都跨越了水的氧化还原电位,证明能够实现水的完全分解.因此,InN/SnS₂异质结有希望成为高效光解水催化剂.     

As/HfS2范德瓦耳斯异质结电子光学特性及量子调控效应

两种或两种以上的单层材料堆垛成范德瓦耳斯异质结是实现理想电子及光电子器件的有效策略.本文选用As单层及HfS₂单层,采用6种堆垛方式构建As/HfS₂异质结,并选取最稳结构,利用杂化泛函HSE06系统地研究了其电子和光学性质以及量子调控效应.计算发现,As/HfS₂本征异质结为Ⅱ型能带对齐半导体,且相对两单层带隙(>2.0 eV)能明显减小(约0.84 eV),特别是价带偏移(VBO)和导带偏移(CBO)可分别高达1.48 eV和1.31 eV,非常有利于研发高性能光电器件和太阳能电池.垂直应变能有效调节异质结的能带结构,拉伸时带隙增大,并出现间接带隙到直接带隙的转变现象,而压缩时,带隙迅速减少直到金属相发生.外加电场可以灵活地调控异质结的带隙及能带对齐方式,使异质结实现Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型之间的转变.此外,As/HfS₂异质结在可见光区域有较强的光吸收能力,且可通过外加电场和垂直应变获得进一步提高.这些结果表明As/HfS₂异质结构在电子器件、光电子器件和光伏电池领域具有潜...     

MoS2/MoTe2垂直异质结的电荷传输及其调制

二维材料异质结器件具有纳米级厚度及范德瓦耳斯接触表面,因而表现出独特的光电特性.本文构建了栅压可调的MoS₂/MoTe₂垂直异质结器件,利用开尔文探针力显微镜(KPFM)技术结合电输运测量,揭示了MoS₂/MoTe₂异质结分别在黑暗和532 nm激光照射条件下的电荷输运行为,发现随着栅压的变化异质结表现出从n-n⁺结到p-n结的反双极性特征.系统地解释了MoS₂/MoTe₂异质结的电荷输运机制,包括n-n⁺结和p-n结在正偏和反偏下条件下的电荷输运过程、随栅压变化而发生的转变的结区行为、接触势垒对电荷输运的影响、n-n⁺结和p-n结具有不同整流特征的原因、偏压对带间隧穿的重要作用及光生载流子对电学输运行为的影响等.本文所使用的方法可推广到其他二维异质结体系,为提高二维半导体器件性能及其应用提供了重要的参考和借鉴.     

Bi2S3/BiOCl复合光催化剂的水热合成及其高活性

采用一种简便的水热法在433 K的温度下成功合成了具有不同Bi₂S₃质量分数的Bi₂S₃/BiOCl复合光催化剂,利用各种技术对其进行了表征.在紫外光照射下,以甲基橙水溶液的光催化降解为模型反应,评价了Bi₂S₃/BiOCl复合光催化剂的活性.研究结果表明:与纯Bi₂S₃和纯BiOCl相比,Bi₂S₃/BiOCl样品明显具有更高的光催化性能,尤其当Bi₂S₃在Bi₂S₃/BiOCl中的质量分数为26.5%时,Bi₂S₃/BiOCl复合催化剂的光催化活性与商业P25(TiO₂)的活性非常接近,而这种商业P25在紫外光照射下是公认的高效光催化剂.这种明显提高的光催化活性主要归功于光生电子和空穴在Bi₂S₃和BiOCl形成异质结界面上的有效转移,降低了电子-空穴对的复合.     

铁磁绝缘体间的极薄Bi2Se3薄膜的相变研究

研究一个极薄三维拓扑绝缘体Bi₂Se₃薄膜处于两个铁磁绝缘体层之间, 其铁磁层的磁化方向都处于竖直平面, 系统拓扑性质随磁化方向夹角的变化. 从表面态电子低能有效哈密顿量出发计算系统的Chern 数, 和运用一个具有Armchair边界的单层六角晶格带的紧束缚模型模拟系统的体能带和边缘态, 来确定系统所处的拓扑相. 发现两个铁磁层的磁化方式从平行转到反平行的某一临界角度, 系统经历从反常量子霍尔相到普通绝缘相的转变.     

Fe3GeTe2/h-BN/石墨烯二维异质结器件中的高效率自旋注入

最近,二维铁磁材料的发现加速了自旋电子学在超低功耗电子器件方面的应用.其中, Fe₃GeTe₂通过实验调控,比如界面层间耦合和离子液体调控,可以使其居里温度达到室温,具有广泛的应用前景.本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数方法,研究了Fe₃GeTe₂/石墨烯二维异质结在有无氮化硼作隧穿层情况下的输运性质.结果表明:当Fe₃GeTe₂/石墨烯之间为透明接触时,由于电子轨道杂化,在±0.1 V偏压下可以实现有效的自旋注入.通过加入氮化硼作为隧穿层,则可以在更宽偏压范围[–0.3 V, 0.3 V]内实现高效自旋隧穿注入;并且,由于Fe₃GeTe₂与石墨烯电子态在布里渊区的空间匹配程度取决于电子自旋方向,相应出现的自旋过滤效应导致了接近100%的自旋极化率.这些研究结果有望推动二维全自旋逻辑以及相关超低功耗自旋电子器件的发展.     

顺磁性La2/3Sr1/3MnO3层对Bi0.8Ba0.2FeO3薄膜多铁性能的影响

界面效应在提升异质结构材料的多铁性能方面有着重要的作用. 本文采用脉冲激光沉积技术在SrTiO₃(STO)基片上制备了Bi_0.8Ba_0.2FeO₃(BBFO)/La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)异质结. X-射线衍射图谱表明异质结呈现单相外延生长, 利用高分辨透射电镜进一步证实了BBFO为四方相结构. X-射线光电子能谱证实异质结中只存在Fe³⁺ 离子, 没有产生价态的变化, 揭示了异质结铁电和铁磁性的增强与BBFO/LSMO的界面有关. 同时, 测试了磁电阻(MR)和磁介电(MD), 当磁场强度为0.8 T, 温度为70 K时, MR约为-42.2%, MD约为21.2%. 并且发现在180 K时出现磁相的转变. 实验结果揭示出异质界面效应在提升材料的多铁性和磁电耦合效应方面具有超常的优点, 是加快多铁材料实际应用的有效途径.     

应变和电场对Ga2SeTe/In2Se3异质结电子结构和光学性质的影响

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质. 4种异质结构型均为Ⅱ型能带结构的间接带隙半导体,光致电子的供体和受体材料由二维In₂Se₃的极化方向决定.光吸收度在可见光区域高达25%,有利于太阳可见光的有效利用.双轴应变可诱导直接-间接带隙转变,外加电场能有效调控异质结构带隙,使AA2叠加构型的带隙从0.195 eV单调增大到0.714 eV,AB2叠加构型的带隙从0.859 eV单调减小到0.058 eV,两种调控作用下异质结的能带始终保持Ⅱ型结构.压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力.这些研究结果揭示了Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结电子结构的调控机理,为新型光电器件的设计提供理论指导.     

1.12-W Q-switched Yb:KGW laser based on transmission-type Bi2Se3 saturable absorber

We present a passively Q-switched Yb:KGW laser based on a transmission-type saturable absorber of topological insulator:Bi_2Se_3.The saturable absorber is prepared on a 0.17-mm glass substrate and can translate intra-cavity for best performance nearly without influence on the laser mode.At a maximum pump power of 13.7 W,the central wavelength,pulse duration,repetition rate,and pulse energy of Q-switched pulse are 1043 nm,1.5 μs,175.4 kHz,6.39 μJ,respectively.The maximum output power is 1.12 W.To our knowledge,this is the highest average output power from passively Qswitched lasers with topological insulator saturable absorbers.     

Elimination of GeO2 and Ge3N4 interfacial transition regions and defects at n-type Ge interfaces: A pathway for formation of n-MOS devices on Ge substrates

The contribution from relatively low-K SiON interfacial transition regions (ITRs) between Si and transition metal (TM) gate dielectrics places a significant limitation on equivalent oxide thickness (EOT) scaling for Si complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices. This limitation is equally significant and limiting for Ge CMOS devices. Low-K Ge-based ITRs in Ge devices have also been shown to limit performance and reliability, particular for n-MOS field effect transistors. This article identifies the source of significant electron trapping at interfaces between n-Ge or inverted p-Ge, and Ge oxide, nitride and oxynitride ITRs. This is shown to be an interfacial band alignment issue in which native Ge ITRs have conduction band offset energies smaller than those of TM dielectrics, and trap electrons for negative Ge substrate bias. This article also describes a novel remote plasma processing approach for effectively eliminating any significant native Ge ITRs and using a plasma-processing/annealing process sequence for bonding TM gate dielectrics directly to the Ge substrate surface.     

Influence of the doping level on the charge distribution among the inequivalent CuO2 layers in Tl2Ba2Ca2Cu3O10−δ : a NMR study

and NMR measurements in the normal and superconducting states of Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_10−δ with different δ are reported. In the overdoped Tl2223 sample with T_c=117 K (T_c^opt=123 K) and δ₁<δ^opt different temperature dependencies of the Knight shift are revealed for inequivalent CuO₂ layers. For the inner CuO₂ layer with the square oxygen coordination of Cu the decrease of with temperature is more gradual. In going towards the underdoped Tl2223 with T_c=104 K and δ₂>δ^opt the changes of with temperature are found to be the same for both types of copper layers. The quadrupole coupling constants for copper and oxygen from different CuO₂ layers were obtained. From the variations with doping of the valence contribution to the electric field gradient at copper sites, we estimate both the hole numbers at Cu and oxygen sites and the real concentration of mobile hole carriers n_h in each of inequivalent CuO₂ layers. In the overdoped Tl2223 sample the charge density in the inner layer differs from the one in the outer plane (with five-fold oxygen coordination for Cu). Our results show that the inhomogeneity of the charge distribution disappears in the underdoped regime. The results are compared with calculations of the charge distribution among the CuO₂ planes in multilayered cuprates reported by Haines and Tallon [E.M. Haines, J.L. Tallon, Phys. Rev. B 45 (1992) 3127].     

Tuning the chemical functionality of a gas sensitive material: Water adsorption on SnO2(1 0 1)

Photoemission and density functional theory studies show that water adsorbs dissociatively on the SnO₂(1 0 1) surface in the presence of terminating oxygen atoms and molecularly if these surface oxygen atoms are removed. The different chemical surface responses of these two bulk terminations of SnO₂ also change the water induced band bending and consequently the conductivity of the gas sensing material.