多孔硅锗的制备及其近红外发光增强

用激光照射辅助电化学刻蚀硅锗合金样品能够形成多种低维纳米结构。在硅锗合金上形成的多孔状结构在波长为725 nm处有很强的光致发光(PL)峰,PL的增强效应不能单独用量子受限模型来解释。我们提出新的模型来解释这种低维纳米结构的PL增强效应。     

非对角无序和维数效应对低维无序系统电子结构的影响

运用负本征值理论，探讨了非对角无序、维数效应对低维无序系统电子结构的影响，研究表 明，非对角无序和维数效应对低维无序系统电子结构的影响很大.非对角无序主要体现出系 统的结构变化和粒子边界效应；从一维单链、准一维双链到准一维三链无序系统，电子局域 化程度加大，电子能带结构更复杂，体现出显著的维数效应. 关键词： 电子结构 低维无序系统 非对角无序 维数效应     

限域量子态调控研究

电子、激子和声子等量子态在固体中的行为早已被人们所熟知. 然而,当体系的尺寸只有纳米量级的时候,已有的固体理论常常不能适用,需要新的低维物理理论的建立. 我们系统研究了低维体系限域量子态（包括电子、激子和声子）的行为对环境、应力、压力及光的响应和性质的调控. 较早认识到低维体系之显著的表面-体积比对量子态性质调控之有效性,系统地揭示了低维体系的一系列由表面和应力决定的新颖性质,证明了低维体系的表面和应力效应同量子限域效应同等重要. 本文概况了如下五个方面的结果：（1）一种使用应力效应调控电子能带结构的方法和（2）一种使用表面效应调控电子能带结构的方法（这两个方法都可将低维体系能带从间接能隙调控至直接能隙能带结构）;（3）一种低维体系表面掺杂方法,该方法将在低维体系掺杂中取代传统方法;（4）量子点表面诱导的光致异构现象;（5）基于表面自催化半导体低维结构的形成机理. 希望我们的研究工作有助于促进低维体系在光电子、纳电子、环境、能源、生物和医学等领域的应用.     

表面原子操纵与物性调控研究进展

利用扫描隧道显微镜可以在单原子层次上对材料进行操纵,改变其结构与特性,实现原子级结构与物性的精准调控.近年来,扫描隧道显微镜原子操纵技术被广泛用于新型低维材料的精准构筑与物性调控.本文主要介绍应用原子操纵技术对低维材料物性调控的最新研究进展,总结了4种主要探针操纵模式:1)探针局域电场模式; 2)调节探针-样品垂直间距模式; 3)无损形态调控模式; 4)可控裁剪刻蚀模式.通过这些探针操纵模式引入局域的电场、磁场、应力场等,实现在单原子层次上对低维材料的电荷密度波、近藤效应、非弹性隧穿效应、马约拉纳束缚态等新奇物性进行精准地调控.     

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.     

低维超导材料中的量子振荡现象

低维超导材料由于具有尺度接近量子临界尺寸的优势,能够观测到显著的超导量子振荡效应,因此成为研究超导量子振荡效应的优异平台.由于这些量子振荡效应的周期、振幅、相位与磁通涡旋的量子化及运动方式、超导电子的配对机制、特定外部条件下超导体中的涨落和激发现象密切相关,并且它们还能直观地反映超导材料的几何结构对其超导物性的影响,因此对低维超导体中振荡效应的研究直接反映了超导体的本质规律,成为研究材料超导机制的一种重要手段,有着深邃的物理内涵和丰富的研究价值.本文将探讨三类能够在低维超导材料中观测到的典型超导量子振荡效应:利特尔-帕克斯效应、磁通涡旋运动导致的振荡效应和韦伯阻塞效应,从研究手段、理论预期、实验现象以及实验结果诸方面综述其中所揭示的深刻物理规律,并展望低维超导体的量子振荡效应在量子计算、器件物理和低温物理等领域的应用价值.     

低维材料物性的非均匀应变调控

探索低维材料的新奇物性是当前凝聚态物理和材料科学基础研究的一个重要前沿.应变是调控低维材料物性的一个重要手段.相比于块体材料,低维材料通常具有良好的力学柔韧性,并表现出敏锐的结构-电子响应关系,因此可以通过结构变形对材料电子性质进行有效调控.本文主要目的是介绍二维材料中通过非均匀应变获得新奇物性的研究进展.主要讨论两个效应,即赝磁场效应和挠曲电效应.具体来说,通过解析理论、实验进展、计算模拟以及围绕这些效应的应用等方面介绍相关研究进展.从计算模拟的角度看,由于非均匀应变破坏了晶体的平移对称性,基于周期性边界条件的量子力学计算方法如第一性原理不再适用.本文将介绍一个专门用来模拟非均匀应变的原子级计算方法,即广义布洛赫方法,并简要介绍该方法的一些具体应用.     

低维铁电材料研究进展

铁电材料是一类重要的功能材料,铁电元件的小型化、集成化是当今铁电材料发展的一大趋势.但是尺寸效应、表面效应等的存在制约了传统块体铁电材料在纳米尺度下的应用,因而低维度纳米材料中的铁电性能研究成为当前材料科学领域的研究热点之一.本文综述了近年来理论和实验上关于低维铁电材料的探索,包括二维范德瓦耳斯层状铁电材料、共价功能化低维铁电材料、低维钙钛矿材料、外界调控以及二维"铁电金属"等材料的理论预言与实验铁电性的观测;也提出一些物理新机制来解释低维下的铁电性;最后对该领域今后的发展进行了展望.     

纳米材料热传导中的新奇物理效应

纳米尺度热传导是物理科学、材料科学和工程热物理等相关学科的研究热点。除基础研究上的意义外,这个方向的研究在微纳米器件温度控制、新能源、热防护等重大工程技术领域也有着重要的应用价值。文章主要介绍一维、二维纳米材料(包括纳米管、纳米线、石墨烯及其他二维材料)的热传导性质。由于篇幅所限,文章集中讨论在低维体系热传导中的新奇物理效应,如碳纳米管热导率随长度的发散行为,硅纳米线中的声子相干性,以及石墨烯热传导性质的尺寸效应。文章侧重强调低维纳米材料热传导与宏观体材料热传导特性的本质区别。     

量子自旋系统的块自旋方案及其簇团Monte Carlo模拟方法

本文提出了一种关于一维和二维量子自旋系统的Monte Carlo模拟新算法。具体给出了对于一维和二维Heisenberg模型的计算方案。在s=1/2的铁磁和反铁磁链情况下的计算结果证实了此方法有效地克服了“临界慢化(CSD)”效应和能够达到更低的温度区域进行计算。该方法可推广到各向异性和高自旋(s=1,3/2,…)量子系统、二维经典8-顶角格点模型和低维费密系统。 关键词：     

纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列及其光学性质的研究

采用纳米球刻蚀(nanosphere lithography)技术,以自组装的聚苯乙烯纳米小球(polystyrene,PS小球)的单层膜为掩模,制备出二维有序的CdS纳米阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构进行了表征,用紫外—可见分光光度计对样品光学性质进行了分析.结果表明：制备的二维CdS纳米阵列是高度有序的,且与作为掩模的纳米小球的原始尺寸及排布结构一致;禁带宽度为2.60eV,相对于体材料的2.42eV,向短波长蓝移了0.18eV,表现出CdS材料在纳米结构点阵中的量子尺寸效应;CdS纳米 关键词： 纳米球刻蚀 二维CdS纳米有序阵列     

半导体微结构物理效应及其应用讲座第三讲半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究.激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响,并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比,在量子化的低维电子结构中,激子的束缚能要大得多,激子效应增强,而且在较高温度或在电场作用下更稳定.这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利.近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展,已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用.     

二维限制MMI耦合器自镜像特性

采用扩展的导模传输分析法,对二维限制多模干涉(MMI)耦合器的自镜像效应进行分析,详细讨论了二维限制多模干涉耦合器的自镜像特性和在两个方向上各自都成完整像的要求,并用三维全矢量非旁轴近似光束传输法进一步验证了分析结果.结果表明,一维限制多模干涉耦合器的自镜像效应在一定条件下,可以拓展到二维限制多模干涉耦合器上.并且在强限制的波导结构中,二维自镜像效应可以看成二个相互垂直、独立的一维自镜像效应的叠加.     

单根镓掺杂氧化锌微米线异质结基高亮黄光发光二极管EI北大核心CSCD

基于半导体低维微纳结构构筑的可见光发光器件,特别是位于500~600 nm波段的黄绿光光源,因具有较高的发光效率、长寿命和低功耗等特点,在超高分辨率显示与照明、单分子传感和成像等领域有着广泛的应用价值。由于高性能低维黄绿色发光器件在发光材料制备、器件结构以及发光器件的“Green/yellow gap”和“Efficiency droop”等方面受到严重限制,极大地影响了低维微纳结构黄绿光发光器件的开发和应用。本文采用单根镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)微米线和p型InGaN衬底构筑了异质结基黄光发光二极管,其输出波长位于580 nm附近,半峰宽大约为50 nm。随注入电流的增加,光谱的峰位和半峰宽几乎没有任何变化,也没有观察到InGaN基光源中常见的量子斯塔克效应。器件相应的色坐标始终处于黄光色域范围。更为重要的是,器件的外量子效率在大电流注入下并没有出现较大的下降。结合单根ZnO∶Ga微米线和InGaN的光致发光光谱,以及n-ZnO∶Ga/p-InGaN异质结能带结构理论,可以推断该制备器件的发光来自于ZnO∶Ga微米线和InGaN结区界面处载流子的辐射复合,器件的Droop效应得到明显抑制。实验结果表明,n-ZnO∶Ga微米线/p-InGaN异质结可用于制备高性能、高亮度的低维黄光发光二极管。     

有机自组装低维圆偏振发光材料的研究进展

具有圆偏振发光(CPL)性质的材料由于在3D显示、光学存储以及光学防伪等领域的重要应用,近年来越来越受到研究人员的关注。超分子策略能够将不同类型的分子组装成具有独特功能的低维(零维、一维和二维等)结构,因而成为构筑CPL活性有机低维材料的最有效方法之一。本文从超分子自组装驱动力的角度综述了近几年自组装CPL活性有机低维材料的研究进展。首先,本文系统地总结了现阶段设计自组装CPL活性有机低维材料的策略,其次重点讨论了这类材料的性能及应用,最后探讨了这一领域未来的发展机遇和挑战。     

基于LGSPP-Bayes的故障检测与辨识方法

针对主元分析(Principal component analysis, PCA)和局部保持投影(Locality preserving projections, LPP)方法在降维过程中分别只能保留数据集的整体信息和局部信息,提出一种基于局部整体结构保持投影的贝叶斯故障检测与辨识方法(Local and global structure preserving projections and bayes, LGSPP-Bayes)。首先,将正常工况操作下的原始数据通过局部整体结构保持投影方法投影到低维特征空间,得到高维到低维的数据转换矩阵;然后通过设计贝叶斯分类器来进行故障检测;最后当检测到故障后通过计算贝叶斯分类函数的大小来识别故障种类。将LGSPP-Bayes方法应用于TE过程,仿真结果表明对故障的检测优于其他方法,并且可以很好地将故障种类识别出来。     

基于氟代苯乙胺有机阳离子的准二维钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

近年来,钙钛矿发光二极管(PeLEDs)发展非常迅速,其性能得到了大幅提升,而构筑具有量子阱结构的准二维钙钛矿是开发高性能PeLEDs的有效方法之一。大尺寸有机阳离子是构成准二维钙钛矿的关键组分,对调节准二维钙钛矿的薄膜结构和光电性质具有重要作用。本文通过在铯铅卤化物(CsPb X3)钙钛矿中引入两种单氟取代的溴化苯乙胺(o-FPEABr(邻位取代)和p-FPEABr(对位取代)),采用无反溶剂的一步法制备了准二维钙钛矿薄膜和发光器件,研究了它们对准二维钙钛矿成相分布和器件性能的影响。研究发现,pFPEABr使准二维钙钛矿形成了大量的低维相,特别是具有强激子-声子耦合的二维相,而高维相含量较少。相反地,o-FPEABr能够有效地抑制低维相,并促进高维相的形成,有利于降低非辐射复合和提高辐射复合。形成能计算结果显示,基于p-FPEABr的低维相比基于o-FPEABr的低维相具有更好的热力学稳定性,导致了准二维钙钛矿中成相分布的差异,表明改变氟原子的取代位置能够调控准二维钙钛矿的结晶动力学过程,进而影响器件的发光性能。基于o-FPEABr,我们制备出高效的绿光和蓝光PeLEDs。其中绿光器件的最大外量子效率(EQE)达到了10.27%,发光峰位于521 nm;而蓝光器件的最大EQE也达到了8.88%,发光峰位于488 nm。     

第三讲 半导体的激子效应及其在光电子器件中的应用

人们对半导体中的电子空穴对在库仑互作用下形成的激子态及其有关的物理性质进行了深入研究．激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响，并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用．与半导体体材料相比，在量子化的低维电子结构中，激子的束缚能要大得多，激子效应增强，而且在较高温度或在电场作用下更稳定．这对制作利用激子效应的光电子器件非常有利．近年来量子阱、量子点等低维结构研究获得飞速的进展，已大大促进了激子效应在新型半导体光源和半导体非线性光电子器件领域的应用．     

Ag复合对La2/3(Ca0.45Sr0.55)1/3MnO3/xAg体系电输运和室温磁电阻效应影响

文中采用甘氨酸-硝酸盐法分别制备了La2/3(Ca0.45Sr0.55)1/3MnO3/xAg纳米复合材料(x=0;0.1;0.2;0.3).通过X射线衍射、扫描电子显微镜和磁电阻效应测试,对合成产物的结构及性能进行表征.结果表明,随Ag复合量增加,样品均为正交钙钛矿结构,低场室温磁电阻效应增强,电阻率减小.     

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.