晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

晶格弛豫和多声子跃迁理论

近年的发展日益证明,固体中的局域电子态所导致的晶格弛豫(晶格原子位置移动)是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要的效应。在局域态的吸收和发射光谱中,由于晶格弛豫而引起斯托克斯位移和光谱的多声子结构(多声子的光跃迁)。晶格弛豫又可以在不同电子态之间引起无辐射跃迁,其中的能量变化完全由多声子的发射或吸收来补偿(多声子无辐射跃迁)。本文以线性的电子—声子作用和简谐近似的晶格模型为基础,系统地总结阐明多声子的光跃迁理论和多声子的无辐射跃迁理论。关于光跃迁的部份既介绍了直接计算跃迁几率的方法,也介绍了采用傅里叶变换的理论,并分析了连续谱和多声子结构相互叠加的一个光谱实例。关于无辐射跃迁的部份着重分析和澄清了多年来环绕所谓“康登近似”出现的矛盾,从而把近年来不同的理论发展置于统一的基础之上。介绍了估算跃迁几率的最陡下降法。最后讨论了强耦合和弱耦合的情形。     

N,Sb和单分子层数对GaAs/GaInNAsSb超晶格性能的影响

用Keating的价力场 (valenceforcefield)模型和蒙特卡罗方法计算了GaAs GaInNAsSb超晶格中键的分布、原子的精确位置以及应变 .用折叠谱法 (foldedspectrummethod)结合Williamson经验赝势法计算了GaAs GaInNAsSb超晶格应变条件下的电子结构 .讨论了N和Sb原子以及超晶格单分子层数对电子结构的影响 .发现导带底电子态在N原子周围的局域化减小了光跃迁矩阵元 ,从而影响了该超晶格的发光性能 .计算并讨论了超晶格的电子和空穴的有效质量 .     

GaAs／GaInNAsSb超晶格性能的影响

用Keafing的价力场(valence force field)模型和蒙特卡罗方法计算了GaAs／GaInNAsSb超晶格中键的分布、原子的精确位置以及应变．用折叠谱(foldedspectrummethod)合Williamson经验赝势法计算了GaAs／GaInNAsSb超晶格应变条件下的电子结构．讨论了N和Sb原子以及超晶格单分子层数对电子结构的影响．发现导带底电子态在N原子周围的局域化减小了光跃迁矩阵元，从而影响了该超晶格的发光性能．计算并讨论了超晶格的电子和空穴的有效质量．     

一本培养了几代物理学家的经典著作——评《晶格动力学》

晶体中原子围绕其平衡位置作微小振动,是晶体原子的一种最基本的运动方式.晶格动力学主要研究晶体结构、晶格原子振动谱以及晶格振动对于固体力学、光学、电学与热学性质的影响.牛津大学出版社1954年出版的马克斯·玻恩(M.Born)和黄昆合著的<晶格动力学理论>[1],是一本在量子力学基础上论述晶格动力学的经典著作.     

α-Al2O3(0001)表面弛豫及其对表面电子态的影响

在周期边界条件下的κ空间中 ,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法 ,对最外表面终止层为单层Al的α Al2 O3 超晶胞 (2× 2 ) (0 0 0 1)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究 .结果表明 ,最外表面Al-O层有较大的弛豫 ,明显地影响了表面原子与电子结构 ,布居分析表明表面电子有更大的几率被定域在O原子的周围 ,表现出O的表面态 .进一步分析了表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化 ,表面能级分裂主要来自于O的 2 p轨道电子态变化 .通过对比弛豫前后的表面电子局域函数 (ELF)图 ,分析了表面成键特性 .     

Si(111)面上氮原子薄膜的电子态密度第一性原理计算及分析

由于氮原子在Si(1 1 1)表面成键的失配度最小,因此考虑Si(1 1 1)取向上用不同百分比的氮原子钝化硅表面悬挂键.由第一性原理计算结果显示,当Si(1 1 1)表面层中的氮原子含量为75%—100%时,带隙展宽并且有局域陷阱态产生. 我们提出相应的局域电子态模型,从而解释了Si基氮膜光致荧光(PL)发光增强实验的物理机理. 关键词： 第一性原理计算 氮化Si薄膜 PL发光增强 局域陷阱态     

磁场下含结构缺陷多组分超晶格中的局域电子态和电子输运

在有效质量近似理论下，利用转移矩阵和有效垒高方法研究了有限磁场下含结构缺陷的多组分超晶格中局域电子态的性质.在考虑各组分层有效质量的失配时，外加磁场会导致磁耦合效应的出现.磁耦合效应不仅引起局域电子能级的量子化，并且随着朗道指数或磁场强弱的变化，局域能级及其局域程度都会发生显著移动，特别是对高能区域的局域电子态影响更大.此外，还计算了电子输运系数，讨论了含结构缺陷的三组分超晶格中局域电子能级与输运谱透射禁区中的共振透射峰的关系，发现两者之间有着很好的对应关系，为相应的实验研究提供了依据. 关键词： 超晶格 局域电子态 磁场     

磷化镓中铋束缚激子的多声子辐射跃迁

在温度4.2K—110K范围内测量了GaP:Bi外延层的光致发光谱。发光谱中只出现Bi束缚激子辐射复合的谱线。由于Bi束缚激子的局域电子态与四周品格存在着相当强的耦合,晶格弛豫引起的多声子辐射复合非常明显,发射光谱呈现相当宽的橙色谱带,且声子伴线“丰富”并彼此重迭。实验结果表明:从4.2K—40K A类线与B类线并存,B类线强度随温度上升而减弱最终难于辨认,77K以上A类线支配着整个光谱。对复杂的发光光谱谱线进行了识别和分类,并借助于电子计算机用曲线拟合法对光谱进行精确分解,首次求出各系列的黄昆因子(Huang-Rhys factor)。较大数值的黄昆因子表明晶格弛豫是强的。     

Cu 表面性质的第一性原理分析

采用第一性原理赝势平面波方法, 计算并详细分析了面心立方Cu晶体及其 (100), (110) 和 (111) 这3个低指数表面的原子结构、 表面能量及表面电子态密度. 表面能的计算结果表明, Cu (111) 表面的结构稳定性最好, Cu (100) 表面次之, Cu (110)表面的结构稳定性最差. 3个表面的表面原子弛豫量随着层数的增加而逐渐减弱. Cu (110) 表面的最表层原子相对收缩最大, Cu (100)表面次之, Cu (111) 表面的最表层原子相对收缩最小. 表面原子弛豫不仅引起表面几何结构的变化, 而且使表面层原子的电子态密度峰形相对晶体内部发生变化, 这是表面能产生的主要原因, 而Cu (110)表面相对于Cu (100)与Cu (111)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子电子态密度在高能级处的波峰相对晶体内部显著的升高. 关键词： Cu 晶体 表面结构 表面能 态密度     

Ag（110）表面声子谱的分析型EAM模型计算

应用晶格动力学，结合分析型EAM模型，计算了Ag(110)表面声子频率和振动极化方向，通过比较弛豫与未弛豫表面的计算结果，发现弛豫后的结果与He原子散射实验数据符合得很好，表面振动的极化局域特征符合表面的二维对称性，沿方向的S2和S3表面模也和实验结果—致. 关键词： 表面声子谱 弛豫 EAM 极化     

密度泛函理论研究氧空位对HfO2晶格结构和电学特性影响?

HfO2因高k值、热稳定性良好和相对Si导带偏移良好等特点,作为电荷俘获型存储器栅介质材料得到了广泛研究。为了明确高k俘获层提高CTM电荷俘获效率的原因,运用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了氧空位引起HfO2的晶格变化及其影响计算结果显示优化后氧空位最近邻氧原子间距明显减小,次近邻O与Hf间距变化稍小。优化后氧空位明显改变局部晶格,而对较远晶格影响逐渐减弱,即引起了局部晶格变化深能级和导带电子态密度主要是Hf原子贡献,而价带则是O原子贡献。优化后各元素局部电子态密度和总电子态密度都明显大于未优化体系,局部电子态密度之和比总电子态密度小。优化后俘获电荷主要在氧空位周围和相邻氧原子上,而未优化时电荷遍布整个体系。优化后缺陷体系电荷局域能增大,电荷量增加时未优化体系电荷局域能明显减小,即晶格变化无饱和特性对电荷局域影响大。说明晶格变化对电荷的俘获能力较强,有利于改善存储器特性。     

a-Al2O3（0001）表面弛豫及其对表面电子态的影响

在周期边界条件下的，k空间中，采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法，对最外表面终止层为单层Al的a-Al2O3超晶胞(2&#215;2)(0001)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究．结果表明，最外表面Al-O层有较大的弛豫，明显地影响了表面原子与电子结构，布居分析表明表面电子有更大的几率被定域在O原子的周围，表现出O的表面态．进一步分析了表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化，表面能级分裂主要来自于O的2p轨道电子态变化．通过对比弛豫前后的表面电子局域函数(ELF)图，分析了表面成键特性．     

局域化电子态集体的荧光

载流子局域化对固体材料的光电性质有着深刻的影响。长期以来，人们就发现许多固体材料的发光异常行为与固体中电子态的局域化密切相关．文章介绍了作者最近所发展的一个局域态荧光模型．借助于一个新推导出来的局域化电子态的分布函数，文章作者发展出了该模型．该模型不但定量地解释了局域态集体荧光的温度依赖的异常现象，而且清晰地揭示了异常现象背后的载流子热动力学物理．文章还介绍了该模型在一些材料的荧光数据分析中的应用。     

石墨烯莫尔超晶格的晶格弛豫与衬底效应

当两个晶格常数不同或具有相对转角的二维材料叠加在一起时,可形成莫尔超晶格结构,其电学性质对层间堆垛方式、旋转角度和衬底具有很强的依赖性.例如,双层石墨烯的旋转角度减小到一系列特定的值(魔角)时,体系的费米面附近出现平带,电子-电子相互作用显著增强,出现莫特绝缘体和非常规超导量子物态.对于具有长周期性的莫尔超晶格体系,层间相互作用所引起的晶格弛豫会使原子偏离其平衡位置而发生重构.本文主要围绕晶格自发弛豫和衬底对石墨烯莫尔超晶格物性的影响展开综述.从理论和实验的角度出发,阐述旋转双层石墨烯、旋转三层石墨烯、以及石墨烯与六方氮化硼堆垛异质结等体系中自发弛豫对其能带结构和物理性质的影响.最后,对二维莫尔超晶格体系的研究现状进行总结和展望.     

MOCVD生长InxGa1-xN合金微观结构和光学特性

利用发光光谱、X射线衍射(XRD)、原子力显微(AFM)等实验方法对MOCVD生长的InxGa1-xN合金进行了研究。原子力显微图样表明样品表面出现纳米尺度为微岛状结构。样品PL和PLE谱表明,其主要吸收峰位于波长为365,474nm,发光峰的位置位于波长为545,493nm处,其中545nm发光峰半高宽较493nm发光峰宽,这两个峰分别起源于In(Ga)N浸润层和InGaN层发光,浸润层局域化激子和岛状微观结构弛豫特性是产生发光峰Stokes移动的重要原因。     

GaN(100)表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波加局域轨道(APW+lo)的方法计算了六方GaN及其非极性(1010)表面的原子及电子结构.计算出的六方GaN晶体结构参数晶格常数和体积弹性模量与实验值符合得很好.用平板超原胞模型来计算GaN(1010)表面的原子与电子结构,结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性.表面阳离子向体内移动,趋向于sp2平面构形;而表面阴离子向体外移动,趋向于锥形的p3构形.弛豫后,表面实现由半金属性向半导体性的转变.并且,表面电荷发生大的转移,参与表面键的重新杂化,使得表面原子的离子性减弱共价性增强,认为这就是表面原子键收缩并旋转的原因.     

一本培养了几代物理学家的经典著作——评《晶格动力学理论》

晶体中原子围绕其平衡位置作微小振动,是晶体原子的一种最基本的运动方式.晶格动力学主要研究晶体结构、晶格原子振动谱以及晶格振动对于固体力学、光学、电学与热学性质的影响.牛津大学出版社1954年出版的马克斯·玻恩(M.Born)和黄昆合著的《晶格动力学理论》[1],是一本在量子力学基础上论述晶格动力学的经典著作.身为量子力学和晶格动力学两个领域开创者的玻恩,早在20世纪20年代量子力学刚建立后,就计划在量子力学的基础上重新系统阐述晶格动力学理论,撰写一本《晶格动力学理论》.在第二次世界大战前和中间,玻恩断断续续写了若干章节,但…     

不同气体氛围下硅量子点的结构及其发光机理

纳秒脉冲激光在氮气、氧气和空气等不同氛围中加工出的硅量子点都有光致荧光(PL)的发光增强效应,并且在700 nm波长附近观察到了受激辐射.在不同氛围下生成的样品有几乎相同的PL光谱分布,其原因是不同氛围下加工出的样品带隙中有相同的电子态分布.计算结果显示:当硅量子点表面被氮或氧钝化后,在带隙中能够形成几乎相同的局域电子态,这种局域电子态可以俘获来自导带的电子,从而形成亚稳态,这是PL发光增强乃至产生受激辐射的关键因素. 关键词： 硅量子点 PL光谱 发光增强 电子局域态     

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.