新疆理化所开发出铁酸铋材料制备新方法

铁酸铋BiFeO3是一种典型的多铁性材料,具有远高于室温的反铁磁奈尔温度(TN=380℃)和铁电居里温度(Tc=830℃),是少数在室温条件下同时具有铁电性与寄生弱铁磁性的单相多铁材料之一。BiFeO3的这一特殊性质使其在新兴记忆材料方面具有重要的应用前景。近年来,人们采用不同方法制备出性能优良的铁酸铋材料,铁酸铋薄膜的自发极化强度已与铁电材料PZT不相上下,因此成为无铅铁电存储器的重要候选材料之一。     

弛豫铁电单晶的生长及性能优化研究进展

钙钛矿型(ABO₃)弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展,包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性,提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法,通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶,以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。     

光学超晶格:从体块到薄膜

光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格,可以实现高效灵活的非线性频率转换,并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料,经历了从体块到薄膜的发展,伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破,催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。     

二维Janus型铬硫化物电子和压电性质研究

本文主要研究了二维Janus型铬硫化物[Janus CrXY (X/Y=S, Se, Te)]的电子、压电性质。结果表明Janus CrXY是优良的半导体材料,其带隙宽度为0.27～0.83 eV,x轴方向的应变调控对带隙影响较大,而z轴方向的应变调控对带隙影响很小,说明该体系电子特性在z轴方向具有良好的稳定性。通过密度泛函微扰法对体系的压电特性进行研究,结果表明,三种材料均具有较大的面外压电系数d₃₃,特别是CrSeTe的d₃₃可达56.89 pm/V,约是常用压电材料AlN(d₃₃=5.60 pm/V)的10倍。本研究可为二维Janus CrXY在柔性智能纳米领域的实际应用提供理论支撑。     

GeS/MoS2异质结电子结构及光学性能的第一性原理研究

以MoS₂、GeS为代表的二维层状材料在光学、电学等方面表现出优异的物理性能。如何将两者的优良性能结合,同时获得具有新的协同功能的复合材料对电子器件的发展和应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法,对GeS/MoS₂异质结的电子结构及光学性质进行了系统研究,并探索了界面间距、应变和电场对异质结电子结构和光学性能的影响。研究结果表明,GeS/MoS₂异质结是Ⅱ型能带排列,该能带排列有利于光生电子-空穴对的分离。进一步研究发现,通过应变和电场等手段可以实现对GeS/MoS₂异质结能带排列及光吸收系数的有效调控。该研究结果表明GeS/MoS₂异质结在光催化、光电器件等领域具有潜在的应用,为设计与制备GeS/MoS₂相关的光电器件提供了理论指导。     

Janus型二维磁电材料CrXX’(X/X’=S,Se,Te)第一性原理研究

自石墨烯被发现以来,各种具有新奇特性的二维材料受到了越来越多的关注。Janus型二维材料具有不对称的表面特性,这种特殊的结构往往具有独特的电学、磁学与光学性质,使其成为近年来材料科学领域研究的热点。本文搭建了Janus型结构CrXX’(X/X’=S,Se,Te)(CrSSe, CrSTe, CrSeTe),研究了体系的电学、磁学、光学性质,并探究了双轴应变对其电学、磁学、光学性质的影响。结果表明,CrSSe、CrSTe与CrSeTe均呈现金属性,都是电子的优良导体,三种体系的电子结构对外加应变具有很好的鲁棒性。CrXX’(X/X’=S,Se,Te)具有本征铁磁性,并且通过施加双轴应变可对其磁矩进行调控。此外,三种体系均具有较高的居里温度,特别是CrSTe的居里温度可达310 K。CrXX’(X/X’=S,Se,Te)还具有优异的可见光与紫外光吸收性能,应变可对其光吸收系数进行调控,并且压应变与拉应变可分别使其吸收谱线向短波与长波方向移动。本文的工作为进一步研究二维Janus单层CrXX’(X/X’=S,Se,Te)在新型室温自旋电子器件领域的应用提供了理论支持。     

中红外氟化物激光晶体的生长和性能优化研究

中红外激光晶体材料作为激光技术核心增益材料之一,在军事光电对抗、激光医疗、卫星遥感、环境监测、基础科学等领域具有非常重要的应用.本文介绍了近年来在中红外氟化物激光晶体材料中,关于晶体生长、光学性能优化以及中红外激光性能等方面的研究工作,特别是在中红外光学性能优化调控方面,主要介绍基于稀土能级耦合的相互作用,有效抑制发光离子的自终止效应,以及为发光离子提供有效泵浦通道.     

“人工光/声微结构材料”专题 前言

正功能材料的核心是材料的结构-性能关系,它涉及人们对材料的力、热、声、光、电、磁等物理性质及其相互耦合效应的基本理解,材料性能的多尺度(微观-介观-宏观)结构设计和调控机制,材料结构的热力学和动力学演化及其对材料性能的影响等。传统均匀晶体材料的物性往往是由原子和分子的固有属性,以及它们的空间结构和对称性来决定。如果把具有某些特定功能的人工微结构作为某种功能基元,叫做"人工原子",然后再把这些"人工原子"按照一定的序构进行排列,就可得到具有特殊性能的新型人工微结构材料。这种人工微结构材料超常的性能不仅来源于"人工原子"的组分和结构,也源自这些"人工原子"排布的特殊序构,该类人工微结构材料也常被称作"超构材料",材料界也有称之为"超材料"。     

近红外可调辐射方向的非线性光学天线

目前研究人员提出了各种光学天线以线性方式控制辐射图,而较大的非线性效应可以引起天线的折射率的变化,从而改变辐射方向图。通过修正电子的有效质量进而完善Drude模型,可得到氧化铟锡(ITO)的非线性折射率与频率和强度的函数关系,进而可知由ITO制成的纳米天线会表现出极大的光学Kerr效应。本文研究了ITO天线的线性和非线性响应。利用ITO的Kerr效应控制天线的辐射方向图。基于该模型,设计了一种非线性光学天线,实现了覆盖近红外波段(1 000~1 650 nm)的可调谐辐射方向图。进一步,基于ITO和介电材料硅(Si)设计了一种杂化的非线性光学天线。该杂化天线可以更好地利用ITO的强Kerr效应,可以较大程度上对光场辐射进行调控。该工作突破了新型非线性材料的强Kerr效应仅局限于特定共振频率点或者零折射率点这一特点。本研究提供一种用于超快动态控制超材料的新颖方法,可应用于光束转向和光学调制等。     

Mn掺杂BaTiO3多铁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对过渡金属元素Mn掺杂四方相BaTiO3体系进行了系统的研究.通过对掺杂前后的电子结构改变及所引起的磁学性能的分析发现,过渡金属元素Mn的掺入可以使BaTiO3产生较大的铁磁性,这一磁性主要源于Mn离子局域磁矩的贡献,且随着Mn掺杂量的增加,材料体系的磁性增强;同时发现掺杂体系在001方向存在畸变,仍然保持BaTiO3原有的自发极化,即掺杂后体系仍具备铁电性.研究结果表明,进一步优化的Mn掺杂BaTiO3有望成为一种性能优越的新型多铁性材料.     

过渡金属二硫族化合物在FET中的应用研究进展

过渡金属二硫族化合物(Transition-metal dichalcogenides,TMDs)作为一组二维材料具有丰富的物理特性,近几年因其半导特性在半导体器件上具有重要的应用前景而引其了学界的普遍关注.总结了TMDs材料的制备方法及其在场效应管(FET)上的应用研究进展,并对存在的问题以及潜在的研究方向做了展望.     

压致响应碳基晶体材料的设计与构筑

材料在压力作用下可出现不同的响应行为,如硬化、压缩性、光学性质改变等,依此设计出具有优异力学、机械以及发光性能的材料,是设计新型功能材料的重要途径。本文将介绍课题组近年来在新型压致响应功能晶体材料研究中取得的进展,基于碳及碳骨架分子,设计不同的碳基分子共晶,利用高压技术,设计构筑出系列具有潜在超硬特性、负体积压缩性的材料以及反常压力响应的发光材料。     

基于激光诱导向前转移技术的微纳结构制备研究现状

激光直写技术(LDW)是当前数字化微纳加工的主要技术之一,其中喷墨打印技术以其分辨率高和控制灵活等优点被广泛应用。随着功能化材料的不断出现和越来越多的应用需求,喷墨打印技术对墨汁的严格要求限制了它在某些领域的应用。激光诱导向前转移(LIFT)技术无须模板和喷嘴,打印分辨率高,且不受墨汁流变性质的限制。该技术的材料适用范围广,几乎可以打印各种固体和液体材料,已被广泛应用于电子器件、传感器以及再生医学的组织工程等相关领域。本文系统阐述了LIFT技术制备微纳结构的研究现状,并对LIFT技术的应用及其物理过程的研究进展进行了系统地归纳与总结,研究结果将对LIFT技术在微纳加工领域的进一步应用提供重要参考价值。     

石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究

石墨烯作为一种新兴二维碳纳米材料,具有完美的晶体结构和诸多优异的物理化学性能.石墨烯独特的电学、热学、光学和力学性能,使其在电子器件、导热材料、气体传感器、感光元件以及环境科学等领域具有广阔的应用前景.其潜在的实际应用价值,使石墨烯材料的开发成为当前最受关注的研究热点之一.本文从石墨烯的来源、结构、分类和基本性质出发,概述了石墨烯及其衍生物的制备方法及属性特征,进而介绍了石墨烯及其衍生物纳米复合材料在电子、材料、储能和环境等领域中的最新研究进展,并对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景进行了展望.     

Temperature dependences of the electric polarization and wave number of incommensurate structures in multiferroics

It is shown that the electric polarization and wave number of incommensurate modulations, proportional to each other, increase according to the Landau law in spin multiferroic cycloids near the Néel temperature. In this case, the constant magnetization component (including the one for a conical spiral) is oriented perpendicular to the spin incommensurability wave vector. A similar temperature behavior should manifest itself for spin helicoids, the axes of which are oriented parallel to the polarization vector but their spin rotation planes are oriented perpendicular to the antiferromagnetic order plane. When the directions of axes of the magnetization helicoid and polarization vector coincide, the latter is quadratic with respect to magnetization and linearly depends on temperature, whereas the incommensurate-modulation wave number barely depends on temperature. Structural distortions of unit cells for multiferroics of different types determine their axial behavior.     

硒化铟材料的发展及其光电器件应用

自2004年发现石墨烯以来,二维材料以其丰富的带隙结构、独特的光电特性和无悬挂键的范德瓦耳斯表面等,极大地拓宽了半导体电子、光电子器件的设计维度。其中二维硒化铟材料成为最具竞争力的未来高迁移率光电子器件用候选材料,被诺贝尔奖获得者Andre Geim认为是“硅和石墨烯的‘黄金分割点’”。但人们对二维硒化铟材料的研究仅有不到十年的时间,对其制备及应用的认识仍然不足。本文综述了二维硒化铟材料及其光电器件的研究现状。另外,考虑到目前绝大多数二维硒化铟材料的研究是基于块状单晶体材料的机械剥离开始的,因此本文首先回顾了硒化铟晶体结构的认识及其制备方法的发展历程,在此基础上综述了二维硒化铟材料制备及其性能表征的前沿研究结果,探讨了器件结构、材料制备方法等因素对二维硒化铟场效应晶体管和光探测器电学输运特性的影响,最后分析了未来硒化铟材料及器件应用面临的机遇与挑战。     

钆基配位聚合物分子磁制冷材料研究进展

磁制冷是一种高效、节能、环保的新型制冷技术,在气体液化、高能物理、超导技术等诸多领域具有广阔的应用前景。Gd基配位聚合物分子磁制冷材料不仅具有迷人的结构和优异的磁热效应,而且表现出良好的物理和化学稳定性,因而备受关注。本文主要从合成策略、结构与性能方面出发,综述了近年来Gd基配位聚合物分子磁制冷材料的研究进展,探讨了分子结构与磁性能之间的构效关系以及提高磁热效应的有效方法,并对今后的发展和面临的问题进行了讨论和展望。