二维材料在生物传感器中的应用

自石墨烯发现以来,大量二维层状材料被相继发现.二维材料中载流子被限制在界面1 nm空间内,使其对化学掺杂非常敏感,有望引起生物传感领域的技术变革.生物传感过程无论基于何种传感机制,都包含了检测物识别和信号转化过程.检测物识别通常依靠传感界面的生物探针来完成,信号转换依靠二维材料来实现信号输出.在传感界面处对生物探针和二维材料进行原子级精准构筑,则可精确调控传感过程中的物理化学过程,优化器件的各项指标.本文综述了二维生物传感界面构筑领域的研究进展,重点介绍了目前几种常见的二维生物传感器的传感机制和不同类型的生物探针精准构筑方法,探讨了未来生物传感界面研究的发展方向.     

拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展

二维材料由于其出色的电子、光学和热学特性而成为近年来的研究热点.随着二维材料研究深入,迫切需要一种能对二维材料结构和性能进行准确表征的技术.拉曼光谱作为一种快速,方便且无损的表征技术,在低维材料结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展.通过对二维材料典型拉曼特征峰分析,讨论了拉...     

二维材料的磁性研究

二维材料在自旋电子学器件中具有良好的应用潜力,高磁化强度、室温铁磁性二维材料的制备与研究,成为近年来自旋电子学领域的研究热点.文章简要回顾了二维材料磁性研究的背景,主要介绍了几种具有代表性的二维材料磁性研究的现状,并对二维材料的磁性研究进行了展望.     

电子信息技术在固体物理教学中的应用

为解决固体物理教学中存在的晶体结构不易讲解、理论推导复杂易导致物理图像不清晰的问题,本文对以多媒体技术和网络技术为核心的电子信息技术辅助固体物理教学进行了研究,总结了多媒体技术在晶体三维结构、布里渊区、晶格振动和电子能带理论教学中的具体应用及效果,又列举了网络资源在固体物理课教学中的应用及效果.实践表明,多媒体技术的恰当应用,能使学生更深入地理解相关的固体物理知识,建立清晰的物理图像,达到良好的教学效果;而网络技术的有效应用,可以扩展学生的视野,提高学生自主学习的能力.     

材料科学与工程专业固体物理课程教学研究

固体物理是物理、材料、电子等相关专业的一门重要的基础课程,国内绝大多数高校的材料科学与工程专业以必修或者选修的方式开设固体物理课程.本文根据材料科学与工程专业的专业特点、学生特点及课程设置等,分别从课程教学存在的问题和课程教学改革两个方面进行课程教学改革研究.     

新型二维材料在固体激光器中的应用研究进展

本文主要介绍了二维可饱和吸收体材料在固体激光器中的应用与研究进展。简要介绍了新型二维材料的性质和优点。以石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等新型二维材料为例分析了它们在固体激光器中实现调Q或锁模的过程,展示了二维材料在脉冲固体激光研究中的重要应用前景。二维材料与固体激光器的结合,可进一步推进二维材料的研究,有望开发出大量新型固体激光器件并且作为基础光源应用于多个领域,推动相关领域的发展。     

二维材料的转移方法

二维材料及其异质结在电子学、光电子学等领域具有潜在应用,是延续摩尔定律的候选电子材料.二维材料的转移对于物性测量与器件构筑至关重要.本文综述了一些具有代表性的转移方法,详细介绍了各个方法的操作步骤,并基于转移后样品表面清洁程度、转移所需时间以及操作难易等方面对各个转移方法进行了对比归纳.经典干、湿法转移技术是进行物理堆...     

二维层状热电材料研究进展

当今世界能源浪费巨大,其中绝大多数以废热的形式被浪费掉.热电效应可以将热能转换为电能并且没有危险物质的释放,因此热电效应的应用吸引了越来越多人的兴趣.自从石墨烯被发现以来,越来越多的二维层状材料被报道,它们通常比体块材料有着更加优越的电学、光学等物理性质,而新的理论和实验技术的发展,也促进了人们对于它们的研究.在本文中,首先介绍了基于二维材料热电性质的测量方法和测试技术,并对其测试中具有挑战性的问题进行讨论.随后对石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等材料的热电应用进行了介绍.最后,讨论了提升热电性能的各种策略与亟待解决的问题,并对此做出展望.     

二维材料热传导研究进展

以石墨烯和氮化硼为代表的二维材料为研究低维体系热传导及其相关界面热阻提供了一个绝佳的平台.近年的研究表明,二维材料热导率有着丰富的物理图像,如长度效应、维度效应、同位素效应及各向异性等.本文详细综述近十年来二维材料在热传导方面的研究进展.首先简述二维材料热传导测量技术的原理及发展,如热桥法、电子束自加热法、时域热反射法及拉曼法等;其次,介绍二维材料热传导及界面热阻的实验研究进展,讨论其相关物理问题;最后,介绍二维材料在散热应用方面的研究进展,并进行总结、指出存在的问题及进一步展望二维材料未来在散热领域的研究方向与前景.     

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用

自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS₂,WSe₂,MoTe₂,Bi2212等几十种材料体系中得到了毫米量级以上的高质量单层样品.更重要的是,在解理过程中,通过调控不同的参数,可以在层状材料中实现一些特殊结构的制备,如气泡、褶皱结构等,为研究这些特殊材料体系提供了重要的物质保障.未来机械解理技术还有很多值得深入研究的科学问题,该技术的突破将会极大地推动二维材料领域的研究进展.     

中子星的形成机理在固体物理教学中的应用

本文在固体物理学关于电子色散关系和态密度讨论的基础上,研究了其电子在相对论和非相对论下色散关系的区别,正是这种区别导致了超大质量天体最终演化出现截然不同的结果.该理论推导过程可以与固体物理学中电子行为的研究紧密联系起来,将之引入到固体物理的教学中,不仅可以加深学生对固体中电子行为的认识,还能拓展学生的知识,让其对电子的相对论行为有一定的认识.     

怎样在没有开设量子力学的材料系上好固体物理课

根据多年从事固体物理和大学物理的教学实践, 总结了在没有开设量子力学和量子统计的材料学专 业, 上好固体物理课所采取的方法     

二维材料解理技术新进展及展望

自从2004年首次制备出石墨烯以来,机械解理技术被广泛用于制备过渡金属二硫族化合物、黑磷等各种二维材料.在多种二维材料制备技术中,机械解理技术具有制备方法简单、普适性好等优点,最重要的是解理得到的晶体质量高,是研究很多新奇物性的理想选择.本文介绍了机械解理技术的产生背景,总结了常规机械解理技术在二维材料研究过程中的瓶颈.为了解决常规机械解理技术制备效率低、样品尺寸小的问题,一些新型机械解理技术近年来不断发展起来,如氧气等离子体辅助法和金膜辅助法等.作为自上而下的二维材料制备方法,新的解理技术在未来二维材料基础研究和应用中仍然充满生机.未来解理技术将朝更大尺寸,更高质量方向发展.     

拉曼光谱在二维材料研究上的应用

新时代研究型大学要求我们在本科教学中做到基础教学与创新性研究相统一,拉曼散射实验作为近代物理学经典实验之一,在前沿科学研究中有着广泛的应用。二维材料是近年来凝聚态物理与材料科学研究的前沿交叉领域,本文介绍了拉曼光谱技术的基础原理,并系统地概述了拉曼光谱技术在二维材料的结构相变、厚度与成分表征的应用。希望以拉曼光谱在二维材料的表征应用为范例,在大学本科生的创新性实验中引入新的教学内容与实验方法,让学生们了解拉曼散射的应用前沿,激发学生的研究兴趣,提升学生的创新能力,为大学的创新实验与近代物理实验提供新思路。     

基于二维材料的全光器件

近年通信技术的飞跃,对光学设备的紧凑性、响应速度、工作带宽和控制效率提出新的挑战.石墨烯的发现,使得二维材料飞速发展,不断涌现出一系列新材料,如MXene、黑磷、过渡金属硫化物等.这些新型二维材料有着出色的非线性光学效应、强光-物质交互作用、超宽的工作带宽.利用其热光效应、非线性效应并结合光学结构,能够满足光通信中超快速的需求.紧凑、超快、超宽将会是未来二维材料全光器件的标签.本文重点综述基于二维材料的热光效应与非线性效应的全光器件,介绍光纤型的马赫-曾德尔干涉仪结构、迈克耳孙干涉仪结构、偏振干涉结构以及微环结构,最后阐述并回顾最新的进展,分析全光器件面临的挑战和机遇,提出全光领域的前景与发展趋势.     

二维材料异质结高灵敏度红外探测器

要想实现弱光探测,需要探测器具有高灵敏度.石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维材料因具有宽光谱吸收、带隙可调、高载流子迁移率等良好的光学与电学性能,广泛应用于红外探测器的制作,然而这些材料存在弱光吸收、载流子迁移率低、空气稳定性差等问题,制约了其在高灵敏度红外探测领域的应用.同单一的二维材料相比,二维材料异质结不仅具有各...     

二维铁谷材料与多铁耦合

谷电子材料通过调节谷自由度编码和处理信息,在下一代信息存储器件中极具应用潜力。谷自由度与多种铁性序参量相互耦合,可以实现非易失的信息存储,这同时促进了谷物理和多铁性物理的发展。文章首先介绍谷电子学物理背景、各类存在自发谷极化的本征谷材料,随后概述二维多铁材料的磁电谷耦合,最后关注了谷电子器件的最新进展,对二维铁谷材料多铁耦合的发展前景做出展望。     

二维光催化材料的电子结构调控与应用研究进展(特邀)

首先综述了基于二维光催化剂的电子结构调控方式,包括厚度调节、元素掺杂、缺陷工程和异质结的设计等.其次,由于半导体异质结在减少光生电子空穴复合速度方面具有独特的优势,着重介绍了由二维材料与其它不同维数的半导体界面组成的异质结的研究进展.最后介绍了新型二维光催化材料在析氢、CO2还原、固氮和污染物降解等方面的应用.总结文献...     

二维材料类脑器件

研究类脑器件是构建一个能够与大脑相媲美的类脑信息处理系统的重要基础。二维材料凭借优异的电学与光电特性、可多自由度调控以及可三维垂直集成等优势,为设计多功能的类脑器件提供了丰富的材料和机制选择。文章围绕二维材料及异质结类脑器件的设计展开,通过总结最近的重要研究进展,探究该领域未来可能面临的机遇与挑战。