二维莫尔超晶格中的非线性霍尔效应

1879年发现的霍尔效应是凝聚态物理学中最古老也是最重要的领域之一.最近发现的非线性霍尔效应是霍尔效应家族的新成员.与大部分需要打破时间反演对称的霍尔效应不同,非线性霍尔效应存在于少数空间反演破缺但仍具有时间反演对称的系统中,并且因其高频特性和不需额外施加磁场而在诸多领域具有令人期待的应用前景.然而,除空间反演破缺以外,非线性霍尔效应对材料对称性的要求十分苛刻,只在极少数材料中观测到了由贝里曲率偶极矩产生的非线性霍尔效应.近年来快速发展的范德瓦耳斯堆叠技术为剪裁和调控晶体的对称性,制备具有特殊物理性质的人工二维莫尔晶体提供了一个崭新的途径.本文主要围绕二维莫尔超晶格结构在实现非线性霍尔效应方面的特性,介绍了近年来理论和实验上石墨烯超晶格以及过渡金属硫族化合物超晶格中非线性霍尔效应的研究进展,并展望了未来基于二维莫尔超晶格材料的非线性霍尔效应的研究方向和应用前景.     

基于二次谐波产生技术的BaTiO3薄膜对称性研究

光学二次谐波产生技术是研究材料极化特性和对称性的重要工具,利用搭建的显微二次谐波产生光路,对生长在SrTiO_3衬底上的BaTiO_3薄膜样品进行了二次谐波产生测试。结果表明,BaTiO_3薄膜在面内方向具有二重旋转对称性。在四种偏振模式下测量了样品的二次谐波信号,结果表明,随着基频光入射功率的变化,二次谐波强度的图样也发生了变化。当入射光功率为7.5～7.7 mW时,信号发生突变;当入射光功率大于7.5 mW时,水平偏振出射光的二次谐波信号图样主峰减弱,次峰增强。     

缺陷单层和双层石墨烯的拉曼光谱及其激发光能量色散关系

拉曼光谱作为一种无破坏性、快速且敏锐的测试技术已经成 为表征石墨烯样品和研究其缺陷的最重要的实验手段之一. 本论文用离子注入在单层和双层石墨烯中产生缺陷, 并利用拉曼光谱研究了存在缺陷时单层和双层石墨烯的一阶和二阶拉曼模, 单层石墨烯的D模为双峰结构, 而双层石墨烯的D模具有四峰结构. 同时, 利用四条激光线系统地研究了本征和缺陷单层和双层石墨烯的拉曼峰频率的激发光能量依赖关系, 并基于石墨材料的双共振拉曼散射机理指认了离子注入后样品各拉曼峰的物理根源. 关键词： 石墨烯 缺陷 拉曼光谱 能量色散关系     

Au的金属颗粒对二硫化钼发光增强

二硫化钼(MoS₂)是一种层状的二维过渡金属硫族化合物材料,从块体到单层,禁带由间接带隙变为直接带隙,由于通常机械剥落的单层MoS₂是n型掺杂的,使得其发光效率仍然很低. 在本文中,采用匀胶机旋涂的方法将共振吸收峰在514 nm附近的纳米金颗粒尽可能均匀的铺在单层、双层以及多层的MoS₂样品表面,发现单层和双层样品的光致发光谱(PL谱)分别增强了约30倍和2倍同时伴随着峰位的蓝移,而多层样品的发光强度也略有增强. 拉曼特性揭示了纳米金颗粒对单层和双层MoS₂样品产生了明显的p型掺杂,从而增强了发光;同时纳米金颗粒的表面等离子激元效应对激发光的天线作用也是增强MoS₂的光致发光的一个因素. 关键词： 二硫化钼 光致发光 p型掺杂 Au纳米颗粒     

具有可调电学和光学性质的双层和三层Janus Ga2SSe

将二维(2D)层状材料的单层堆叠成双层或者少数层,可以很好的调节其光电性质,为该领域发展提供了新的机遇.本文采用第一性原理方法系统地研究了堆叠层数和堆叠次序对双层和三层Janus Ga₂SSe的电学和光学性质的影响.我们发现这些结构的层间距差别很大,而结合能差异却很小.尽管所有的双层和三层Janus Ga₂SSe具有间接带隙,然而其带隙值和载流子有效质量与堆叠层数和堆叠次序密切相关.此外,在Janus Ga₂SSe中,通过增加层数,可以增强其在可见光和紫外区域的吸收系数.同时,通过控制层间堆叠模式,进一步调制其吸收系数,导致在可见光和近紫外区域产生多个吸收峰.我们的结果为双层和三层Janus III族单硫化合物的可调节电学和光学性质提供了有价值的见解,这表明其可能在纳米电子和光电子器件中有着广阔的应用前景.     

非对称耦合量子阱Zn1-xCdxSe/ZnSe的二次谐波产生及其光学各向异性研究

采用反射式二次谐波产生方法对非对称Ⅱ-Ⅵ族耦合量子阱Zn1-xCdxSe/ZnSe的非线性光学特性进行了研究。与衬底相比,非对称量子阱在可见光波段的二次谐波信号增强一个量级以上。测量和比较了室温下量子阱样品与衬底样品的荧光光谱,研究了在入射光和反射光均为p偏振,以及入射光和反射光分别为s偏振和p偏振两种情况下,二次谐波强度随样品旋转方位角的变化关系,可见其有非常明显的二阶非线性一光学各向异性。     

采用圆偏振啁啾飞秒激光脉冲操控CS2分子的相干拉曼散射过程

采用两束圆偏振啁啾飞秒激光脉冲,非共线相干激发三原子分子CS₂液体. 在相位匹配的方向上,探测到由CS₂频率为397 cm^-1的振动模式产生的强度对称分布的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)信号和相干斯托克斯拉曼散射(CSRS)信号. 当调整两束激发光的圆偏振状态时,CARS,CSRS信号的强度、偏振、波长均发生规律性的改变:CARS,CSRS信号的强度分布反映了CS₂ 在不同极化状态下的受激拉曼散射截面大小;信号光的 关键词： 啁啾脉冲 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS) 相干斯托克斯拉曼散射(CSRS) 2')" href="#">CS₂     

SOS: 对称操作相似原理

凝聚态物理学往往为对称性所支配。自发对称性破缺将导致相变,而且许多可观测量或物 理现象都与破缺的对称性有关,如铁电极化、铁磁磁化、旋光性（包括法拉第旋转和磁光克尔旋 转）、二次谐波发生、光伏效应、非互易性、霍尔效应型输运以及多铁性。在这里,我们提出以 下观点：从对称性破缺的角度来看,当构成量（如自旋排列、晶格畸变,或处于外场以及其他环 境中等）或测量方式（如光学探测,或处于不同极性态中电子和其它粒子探测,或对体极化[磁 化] 等的测量）遵循对称操作相似(symmetry operational similarity, SOS) 原理时,我们便可以 观测到某些特定的物理现象。这种SOS原理提供了一种在复杂材料中用简洁而清晰的物理图像描 述非直观物理现象的途径。反之,也可以用于甄别具有潜在需求特性的新材料,或发现已知材料 中新的物理现象。     

石墨烯带隙的调控及其研究进展

石墨烯是一种单原子层的二维材料,因其独特的晶格结构而具备十分优越的性能,引起了 科学家的广泛关注。但因其价带与导带相交于狄拉克点,导致石墨烯为没有带隙的半金属,限 制了其在纳电子学器件中的应用。为了打开石墨烯的带隙,研究者们付出了巨大的努力。在石 墨烯中引入带隙的方法包括量子限制法、掺杂法和对称性破缺法,它们分别是将电子限制在一维 的石墨烯纳米带中、对石墨烯进行n-型或p-型掺杂以及在双层石墨烯的垂直方向施加外加电场 使双层石墨烯的对称性破缺。本文着重介绍石墨烯纳米带的合成法、石墨烯掺杂的种类和打破 双层石墨烯对称性的方法。     

Cr二维单层薄片中Jahn-Teller效应的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文对Cr单层薄片的一系列二维结构（长方、正方、六角、斜方和中心长方晶格）进行了结构稳定性和电子性质研究.结果表明,在Cr的二维体系中,对称性较低的斜方晶格和中心长方晶格是稳定的,对称性较高的正方和六角晶格是不稳定的,而长方晶格的形成能很小.Cr二维原子薄片的两种稳定结构都是六角结构畸变的结果,六角晶格的键角减小时会形变成斜方晶格,键角增大时会形变成中心长方晶格,这是由于Jahn-Teller效应使简并能级自发破缺,继而结构产生降低对称性的形变,最终使得体系变得稳定.     

非标定波长调制吸收光谱气体测量研究

为消除可调谐激光调制吸收光谱气体测量技术对于标定过程的依赖,研究了二次谐波信号的非标定波长调制气体测量方法.通过对测量的二次谐波线型进行分析,给出相同工况下二次谐波模拟信号,并利用测量与模拟二次谐波信号进行线性拟合直接计算气体浓度.实验室内采用非标定波长调制气体测量方法,利用 6336.24 cm^-1处特征吸收谱线对10 cm长气体吸收池内的CO₂进行了测量.结果表明,非标定波长调制气体测量方法可适应各种不同条件,适合于现场气体在线测量.当调制系数在1.8—3. 关键词： 波长调制 二次谐波 吸收光谱 半导体激光器     

六角密积晶格中紧束缚电子的能带结构

本文采用紧束缚电子模型计算六角密积晶格的能带.结果表明，六角密积晶格的能带为特殊的复数形式，产生复能带的原因是由于其独特的晶格结构导致近邻原子的对称性破缺造成的.在倒空间k_z=0的平面上，实部关于k_x轴和k_y轴对称，而虚部则只关于k_y轴对称，关于k_x轴不对称，这是由直角坐标空间六角密积晶格中次近邻的两个密排层原子的不对称性决定的.本文相关研究结果既是固体物理教学内容的拓展，同时也可为分析晶体材料相关物理性质提供理论依据.     

基于外尔半金属WTe2的自旋-轨道矩驱动磁矩翻转

外尔半金属WTe₂有强自旋轨道耦合且能产生新奇非常规面外极化的自旋流,是近几年的新兴热点.同时WTe₂还具有高的电荷-自旋转换效率,能在无外磁场辅助的情况下实现垂直磁矩确定性的翻转,这对于高密度集成低功耗磁随机存取存储器至关重要.本文回顾了近几年WTe₂与铁磁层组成异质结构中自旋轨道矩研究的最新进展,包括用不同方法制备的WTe₂ (例如机械剥离和化学气相沉积)与铁磁层(例如FeNi和CoFeB等)、二维磁体(例如Fe₃GeTe₂等)组成异质结的自旋轨道矩探测和磁矩翻转的电调控研究进展.最后,对相关研究的发展提出展望.     

具有可调电学和光学性质的双层和三层Janus Ga_(2)SSe

将二维(2D)层状材料的单层堆叠成双层或者少数层,可以很好的调节其光电性质,为该领域发展提供了新的机遇.本文采用第一性原理方法系统地研究了堆叠层数和堆叠次序对双层和三层Janus Ga_(2)SSe的电学和光学性质的影响.我们发现这些结构的层间距差别很大,而结合能差异却很小.尽管所有的双层和三层Janus Ga_(2)SSe具有间接带隙,然而其带隙值和载流子有效质量与堆叠层数和堆叠次序密切相关.此外,在Janus Ga_(2)SSe中,通过增加层数,可以增强其在可见光和紫外区域的吸收系数.同时,通过控制层间堆叠模式,进一步调制其吸收系数,导致在可见光和近紫外区域产生多个吸收峰.我们的结果为双层和三层Janus III族单硫化合物的可调节电学和光学性质提供了有价值的见解,这表明其可能在纳米电子和光电子器件中有着广阔的应用前景.     

透射共振对二次谐波产生的增强

为了提高二次谐波产生转换效率,本文提出将一维周期光学超晶格两端贴上未被极化的厚度可以改变的非线性介质层,通过调整附加介质层的厚度来调制基频波的场,从而观察二次谐波产生转换效率的变化情况.结果表明:基频渡场可以很大程度地调制二次谐波产生;随着能量的增加,二次谐波产生转换效率增加,随着能量的减小,二次谐波产生转换效率减小;...     

石墨烯中新奇量子物态的研究

石墨烯特殊的晶格结构和能带结构赋予了它独特的电学性质. 近年来, 分数量子霍尔态、 魔角石墨烯中的 关联绝缘体态和超导态等现象的发现不断证明着石墨烯是一种理想的二维模型体系, 可用于实现一系列新奇的量子物态, 对石墨烯中新奇量子物态的探测和调控也一直是凝聚态物理领域的前沿研究热点之一. 本文将系统地介绍近年来石墨烯中对称性破缺量子物态的研究进展, 包括平带中强关联量子物态的研究以及谷赝自旋调控的研究, 并介绍一种在纳米尺度、 单电子精度上探测二维材料体系简并度及对称性破缺态的普适方法, 希望为相关领域的研究人员提供参考和借鉴.     

在群论框架下电子三重态与声子耦合的理论研究

本文基于绝热近似和群论导出了电声耦合系统的哈密顿量的一般形式,讨论了电声耦合系统中的电子算符和活跃的声子模式. 应用幺正平移变换和能量最小化方法,进一步计算了正四面体群下T*(e+t₂)杨-泰勒系统中的激发态能量,从对称性的角度分析了T₁电子态的能级分裂以及晶格体系的对称性破缺,得出了对称性的破缺方式和电声耦合系统密切相关的结论. 结果表明:通过群论与对称性分析完全可以定性地解释由于电声耦合所造成的简并电子 关键词： 电声耦合 杨-泰勒畸变 活跃的杨-泰勒声子模式 电声耦合哈密顿量     

稀土夹心双酞菁铽LB膜非线性光学特性

利用π-A等温曲线和-二次谐波产生方法研究了稀土夹心双酞菁铽(TbPcPc*)分子在Langmuir膜及Langmuir Blodgett(LB)膜中分子的排列状态及其非线性光学特性,并对非线性产生机制进行了简单的讨论.实验结果表明,TbPcPc*分子在亚相表面可形成稳定的Langmuir膜,凡以edge-on构型面对面倾斜排列.其X型LB膜具有较好的二次谐波信号,二次谐波信号的最大值在基频光入射角为55°的地方.其._二阶非线性极化率γ(2)和分子超极化率β分别为1.64×10'-8esu和6.21×10-30esu.通过测量样品二次谐波信号的偏振特性,并与理论分析相比较,其二阶仆线性起源于电四极子和电偶极子机制.     

反射三次谐波产生与晶体对称性

在单晶硅和经离子注入的硅样品上测得了反射三次谐波。像我们的理论计算中所证明的那样,当样品绕表面法线转动时,线偏振的三次谐波强度显示了晶体的旋转对称性,对于轻注入的样品,存在一个注入剂量的临界值,高于此值,三次谐波信号与转动无关。作为剂量的函数,三次谐波强度对晶格损伤极为敏感。这使三次谐波技术可以在半导体工艺中用作监测离子注入的均匀程度。 关键词：     

Bi2ZnOB2O6单晶偏振拉曼光谱

本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析,将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类,其次测量了晶体在10–1600 cm^-1范围内,不同几何配置下的偏振拉曼光谱,并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm^-1以下的振动峰,归结为晶体的外振动,来自[BiO₆],[ZnO₄],[BO₄]和[BO₃]原子基团的平动和转动;300cm^-1以上为晶体的内振动,主要与Bi-O,和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm^-1,被指认为[BO₃]三角形中B-O键的伸缩振动,体现了[BO₃]基团中高的电子非局域化程度. 关键词： 2ZnOB₂O₆单晶')" href="#">Bi₂ZnOB₂O₆单晶 偏振拉曼光谱 振动模式