光子晶体多组元缺陷态问题研究

缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω₃区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。     

物理所铁基超导材料拓扑性质研究取得进展

<正>铁基超导体和拓扑绝缘体是近年来凝聚态物理研究的热点问题。铁基超导体是非常规超导体,不同于传统的电声耦合机制的BCS超导体,其超导配对机制的解释仍然是凝聚态物理理论的一个难点;同时,不同于单带的铜基非常规超导体,铁基超导体的多带特性使其具有更丰富的电子结构。拓扑绝缘体的发现突破了人们对绝缘相的认识,这类材料的体态为绝缘态,但在表面或界面上存在导电的金属态。同样地,拓扑绝缘体具有复杂的电子结构,其拓扑相的出现通常会伴随着能带的反转。但是,过去几年间,人们没有发现这     

超高压下熔媒法人造金刚石合成机制研究的重要进展

本文对熔媒法人造金刚石的实验、观察和分析,包括熔媒金属(FC或m)、石墨(g)和金刚石(D)存在状态、结晶状况、微观结构和结构特征及其各自结果的分析讨论等研究作了报导.在此基础上对人造金刚石的合成机制作出有机统一整体的讨论如下:(1)形成D结晶基元相变必要条件的特征,可以认为在m熔化过程中发生的助熔激发效应.由于m的d带空穴同g的π-电子相互作用产生各种集团和原子,特别是具有近程有序与密排面结构的原子集团,从而形成一种具有适当尺寸和可变组元的类填隙式固溶体-复合原子集团;(2)形成D结晶基元相变充分条件的特征,可以认为在前述的复合原子集团中的密排面间隙部位发生m的催化激发效应.由于m的价电子处于激发态统计权重增高达到d3s或类sp3状态,诱发处于复合原子集团中类g原子集团实现sp2转移sp3状态.形成一种具有可变组分、不稳定的或部分稳定的类间隙相.这种间隙相式复合原子集团是相变的产物,也是在非平衡态下具有扩散性的主要结晶基底和结晶基元;(3)人造金刚石体系中m/g相互作用的必要和充分条件的特征可用它们的界面结合特征方程作判据来描述.这种判据取决于反映在它们表面和界面上几何结构、电子结构和尺寸等效应(与原子-分子层次结构及相互作用状态有关)的表面能、界面能和有效尺寸.所推导的方程对人造金刚石体系中相互作用,即熔媒激发复合效应的最适合状态提供重要的科学依据和有效技术途径.     

四方相区NBT-KBT无铅铁电介电弛豫与铁电相变研究

本文研究了具有四方结构的(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3体系中x＝0.22,0.26和0.30陶瓷材料不同温度下的电滞回线,结合变温XRD和介电温谱分析,发现该体系四方结构的组成为反铁电体,但紧靠准同型相界的四方结构由于场诱导下引起的反铁电-铁电相变,表现出铁电体特性,材料在升温过程中由于反铁电宏畴向微畴的转变导致了介电峰的产生,且在介电温谱上表现出强烈的介电常数-频率依赖性,为弛豫铁电体特征.     

二维声子晶体异质线缺陷的声波导特性

以二维铝圆柱/空气体系声子晶体引入正方柱线缺陷为研究对象,采用平面波法结合超元胞的方法研究了该异质线缺陷的填充系数、旋转等因素对声波导的影响,讨论了异质线缺陷模场分布.结果表明,当f＝0.7、fd＝0.5旋转散射柱时,缺陷带只出现在-45°＜θ＜45°范围内,且位置随旋转角变化;带隙中缺陷带的数量随fd的增加而减少,当fd很小时,异质线缺陷的旋转对声波导没有影响;缺陷态的模场分布取决于它在带隙中的位置和距带隙上下边带间的距离.     

光子晶体中掺杂激活杂质的光增益研究

本文借助光子晶体中二能级原子的自发辐射理论说明缺陷态局域场存在的必然性以及局域场基本性质,为研究掺杂自发辐射的内在规律提供了理论依据,在此基础上,将自发辐射理论与数值模拟相结合,在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质时,数值模拟研究一维光子晶体的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙边缘群速度异常和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,由此说明如在光子晶体的缺陷介质中掺入激活杂质,复有效折射率具有负的虚部,光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,这样便可实现自发辐射的增强,出现较强的受激辐射放大,在带隙的边缘处,光子晶体的群速度较小或群速度异常,受激辐射放大最容易出现在靠近光子带隙的边缘。     

钛合金基体上TiN涂层的残余热应力分析

采用有限元方法分析TiN涂层的残余热应力,研究钛合金基体和涂层厚度对TiN涂层热应力分布的影响.结果表明:基体内以拉应力为主,涂层内以压应力为主,在明锐界面靠近自由边界处出现了剪切应力奇异场;当涂层厚度增加时,涂层的径向应力逐渐减少,而剪应力先增加随后又趋于平稳;涂层的径向应力随基体厚度增加而增加,当基体厚度超过1 mm时增加变得平缓.     

氧化锌纳米线场发射第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了不同横截面氧化锌纳米线(ZnONW)的结构稳定性和场致发射特性.结果表明:ZnONW的直径越大,原子弛豫后Zn-O键键长变化越小,体系越稳定;随外加电场增强,长径比较大的纳米线体系态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)均向低能方向移动,最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙减少,体系电荷移向NW顶端.DOS/PDOS,HOMO/LUMO,能隙及有效功函数分析结果表明,具有较小横截面积的NW-1场发射性能最佳.     

方形晶格夹层板减振性能仿真与优化

采用显式有限元方法,以传输损耗系数(TLC)为评价指标,研究了以钢为边界、铜和硅橡胶交替填充的方形晶格夹层板的减振性能,分析了方形填充尺寸对结构减振性能的影响。首先建立方形晶格夹层板的有限元仿真模型,其次引入传输损耗系数作为目标函数,运用遗传算法对方形晶格夹层板的减振性能进行优化,针对不同应用场景,得到的优化结果表明方形晶格夹层板具有不同减振范围的可调谐性。最后分析优化后的拓扑结构在不同频率下的位移场,可以看出其仍是在局部共振机理作用下,表现出对低频弹性波的强衰减,为拓宽夹层板的低频减振性能与可制造性提供了新的设计思路。     

合肥研究院研究发现氧化石墨烯新结构和特性

<正>中国科学院合肥物质科学研究院智能所张忠平研究员领衔的研究团队首次发现,用经典方法制备的氧化石墨烯在其π网络平面上存在大量π共轭的碳自由基,并且这种π共轭的碳自由基可以直接引发鲁米诺长时间可见的超强化学发光,其发光强度超过辣根过氧化酶和双氧水经典体系。相关研究结果近日发表在国际著名化学期刊《德国应用化学》(Angew.Chem.Int.Ed)上。氧化石墨烯作为片状剥离的石墨氧化衍生物已经被广泛的应用于各个领域,但是它的化学结构和组成     

烧结温度对相分离锰氧化物中磁相变的影响

采用标准固态反应法,在不同的烧结温度下制备了Pr0.6Ca0.38Ba0.02MnO3和Pr0.6Ca0.4Mn0.98Ga0.02O3,以研究烧结温度对样品颗粒尺寸以及磁相变的影响。通过X射线衍射测试,我们发现对于这两个系列的样品,无论是Ba对Ca的替代还是Ga对Mn的替代,各样品均为菱面体对称结构,且没有任何杂相。扫描电镜实验表明,随着烧结温度的升高,两个系列样品的颗粒尺寸都将增大。研究低温下样品磁化强度随外加磁场变化(M-H)的实验结果后,我们发现随烧结温度的升高即颗粒尺寸的增大,由反铁磁向铁磁发生磁相变的临界磁场减小,而场致铁磁性将增加,这说明颗粒长大对铁磁态的发展是有利的。对比两个样品的磁性质后,我们发现Ba2+替代在破坏电荷轨道有序导致场致铁磁性的能力上比Ga3+替代要强。     

相场方法及其在晶体生长中的应用

相场方法已被发掘出用于直接求解时的自由边界问题－著名的斯特藩方程。该方法作为晶体生长过程中模拟复杂图形成图的计算工具，已呈现出强有力的生命力。目前的研究在于努力发展精巧的计算技术，以便于晶体生长和金属凝固过程进行了理论模拟，而这些技术将有可能方法地应用于工业流程。相场方法之所以具有吸引力，基于如下事实：在计算机模拟过程中，即可避免对于边界实时追踪，又不需要反复判别是否满足显式边界条件。在过去的10年中，它已逐步被用于研究晶体生长的基础课题。诸如；热质输运，晶体生长动力学，二维和三维枝晶生长，图形选择，生长形态和显微结构等。本文对相场方法进行评述，同时给出其最新应用结果。     

铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的影响

基于铝诱导非晶硅薄膜固相晶化方法,利用直流磁控溅射离子镀技术制备了Al/Si/…Al/Si/glass周期性结构的薄膜.采用真空退火炉对Al/Si多层薄膜进行了500℃退火实验,通过透射电子显微镜(TEM)分析了退火前、后Al/Si多层薄膜截面形貌的变化规律,并结合扩散过程探讨了铝层厚度对铝诱导非晶硅薄膜晶化过程的本质影响机理.研究结果表明:在铝诱导非晶硅薄膜固相晶化过程中,随退火过程的进行,Al、Si原子会沿Al/si层间界面进行互扩散运动且在Si层中达到临界浓度Cs的Al原子所在区域整体呈线形平行于Al/Si界面逐渐向铝原子扩散距离增大的方向推进;随着Al层厚度的增加,Al在Si层中达到临界浓度Cs的区域整体向前推进速度加快,已扩散区域产生硅初始晶核的数量也随之增大;随Al/Si层厚比的增大,虽因铝诱导而晶化的硅薄膜均为多晶态,但非晶硅薄膜在晶化过程中的生长晶面数量增多,同时硅晶粒的尺寸有所减小.     

类金刚石薄膜碲镉汞红外器件钝化膜的研究

采用等离子增强化学气相法(PECVD)在碲镉汞(MCT)衬底上沉积出纳米团聚的类金刚石薄膜(DLC).用原子力显微镜(AFM )和侧向力显微镜(LFM)对DLC和MCT表面形貌进行表征;用俄歇电子能谱(AES)对DLC/MCT界面附近各元素含量的分布进行分析研究.结果表明:当膜厚达到25nm以上,这种DLC膜就能够有效地抑制MCT中HgTe的分解和Hg与Te的外扩散.AFM 和LFM的观察结果表明,原始MCT晶片经100℃在氮气气氛中退火30min,表面区域出现了不同与MCT的微米量级的新相,而由DLC膜保护的MCT晶片表面就没有观察到这种由分解反应引起的相变.     

Ni掺杂ZnS的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法计算了ZnS体系Ni掺杂前后的能带结构、态密度和光吸收系数曲线。结果表明:纯ZnS的能带结构是直接带隙,态密度显示属离子性较强而共价键较弱的混合键半导体材料。掺Ni的ZnS禁带宽度随掺杂量增加逐渐减小,能带简并度增大,且向低能方向移动;在价带顶出现杂质能级,说明是p型掺杂。纯ZnS在3.9 eV以下无吸收,红外透过率较高。掺Ni后吸收边红移,且在低能端(绿光区)出现新的吸收峰。     

Mg掺杂对CaMnO3基热电氧化物电子结构及电性能的影响研究

采用超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了Mg掺杂Ca位CaMnO3基复合氧化物的能带结构、电子态密度和电荷分布状况,在此基础上分析了Mg掺杂氧化物的电性能.结果表明,Mg掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756eV减小到0.734eV.CaMnO3氧化物和Mg掺杂CaMnO3氧化物的自旋态密度曲线极值点均位于为-0.8eV附近.Mg掺杂CaMnO3氧化物中Mn原子对体系费米面态密度的贡献有所减小,O原子和Ca原子对体系费米面态密度的贡献有所增大.Mg原子比Ca原子具有更强的释放电子的能力,Mg掺杂对于CaMnO3氧化物属于电子型掺杂.Mg掺杂CaMnO3氧化物导电性能增强,电性能提高.     

Na掺杂和空位对ZnO磁性及电子结构的影响

通过第一性原理,对Na掺杂(NaZn)与Zn空位(VZn)及Na掺杂与O空位(VO)共存的ZnO体系的形成能、电子结构及磁性机理进行了研究.结果表明,Na原子与空位(VZn或VO)空间位置最近时,掺杂体系的形成能最低;与诱导VZn相比,Na掺杂在ZnO体系中更易诱导VO,并且过量的Na掺杂必然导致VO的形成.另外,磁性研究发现,Na掺杂与空位(VZn或VO)共存的体系都具有磁性.并且Na掺杂与VZn共存的ZnO体系磁性源于VZn的本征缺陷,而Na掺杂与VO共存的ZnO体系的磁性源于Na原子与VO的电子关联交互作用.     

热屏间距对泡生法蓝宝石单晶生长影响研究

太空、军事和科研等高科技领域的持续发展极大促进了对蓝宝石晶体的需求,泡生法是蓝宝石晶体的主要制造方法之一;热场结构对所得蓝宝石晶体的质量具有重要影响.本文对采用泡生法工艺制造蓝宝石单晶过程中,具有内置7层氧化锆外置8层钼金属的新型热屏结构间距进行研究.通过数值模拟考察热屏间距对单晶炉功率、固-液界面形状和晶体热应力的影响确定了合理的热场结构;并与试验生产结果进行对比验证.结果表明:热屏间距增大使得单晶炉功率明显提升,并引起固-液界面凸度增大;而蓝宝石晶体热应力出现减小.综合考察三个影响因素的影响,最后确定热屏间距为5 mm时单晶炉能耗较低,可用于制造高质量的蓝宝石晶体.     

多孔石墨对碳化硅晶体生长影响的数值模拟研究

SiC是新一代射频器件和功率器件的理想材料，电阻式物理气相传输法由于具有温度均匀性，成为生长大尺寸SiC单晶的有效方法。近年来，多孔石墨等的使用提高了SiC晶体的质量和产量，而关于其机理的研究却相对较少。本文使用数值模拟的方法系统研究了多孔石墨对SiC晶体生长的影响，并进行了晶体生长验证。模拟结果表明：多孔石墨的使用提高了原料区域的温度及温度均匀性，增大了坩埚内轴向温差，对减弱原料表层的重结晶也具有一定作用；在生长腔内，多孔石墨改善了物质流动在整个生长过程中的稳定性，提高了生长区域的C/Si比，有助于减小相变发生概率，同时多孔石墨对晶体界面也起到改善作用。晶体生长结果实际验证了多孔石墨在提高传质均匀性、降低相变发生率和改善晶体外形上的作用。本文结果对于理解多孔石墨的作用机理以及改善SiC晶体生长条件具有实际意义。     

单壁碳纳米管场发射计算

本文以Maxwell电磁场理论为基础,对金属型单壁碳纳米管场发射阴极尖端附近的电场进行了计算,给出了不同结构单壁碳纳米管尖端附近的电场分布,发现场强沿管的径向及轴向方向随与管尖端距离的增加而迅速下降,说明了碳纳米管产生的激发场为极强的小范围局域场。通过计算不同几何尺寸单壁碳纳米管的场增强因子随其长度、半径的变化曲线,发现单壁碳纳米管的场增强因子数值非常大,并且根据曲线的变化规律可知,越细越长的单壁碳纳米管具有更大的场增强因子,同时也表明了单壁碳纳米管作为场发射阴极具有低的阈值和大的发射电流密度。本文所得结果为单壁碳纳米管做场发射材料提供了理论参考。