非完整超晶格中电子透射问题的计算机模拟

采用转移矩阵方法,模拟研究了垒高无序和阱宽无序非完整超晶格的电子态问题.计算了垒高无序有限超晶格的透射谱和其局域态波函数以及阱宽无序有限超晶格的透射谱和本征值,直观地给出了垒高无序和阱宽无序非完整有限超晶格其电子态行为的物理图像.模拟结果表明:垒高无序和阱宽无序这两种常见非完整一维有限超晶格的子带带隙间均存在强烈的电子运动定域化,且电子波的布喇格散射对周期性势场更敏感;这两种非完整性引起的局域,通过计算电子局域态波函数和有限系统的本征值得到了证实;对本文讨论的这种类型和周期的超晶格,如果控制阱宽在9.1～10.9nm间随机变化,即阱宽的值最大相差1.8岫时,计算机模拟的结果是,阱宽的这种非周期性开始使子带的带隙消失.     

近周期超晶格中的声学声子及其光散射特性

利用转移矩阵方法计算了近周期超晶格体系（包括有限周期数的超晶格、耦合超晶格、层厚起伏和层厚渐变的超晶格）中声学声子的喇曼散射谱．结果表明上述近周期超晶格的光散射特性与理想严格周期的体系和完全无序的体系都不相同，呈现出许多独特的性质．对有限周期数的超晶格，由于边界的存在，喇曼谱中除了理想超晶格中存在的折叠声学声子峰（主峰）外，还会出现一系列等间距分布的卫星峰．对耦合超晶格体系，理想超晶格中存在的主峰将出现分裂．对层厚起伏变化的超晶格，主峰呈现非对称展宽，展宽主要出现在高波数端．计算结果和实验测得的谱线作了比 关键词：     

组分调制合金的声子结构在计及力常数无序下的CPA研究

不仅考虑质量无序,而且考虑到力常数的无序,本文用CPA方法研究了组分调制合金的声子结构.我们计算了声子态密度曲线,并与均匀合金的情况及不考虑力常数无序的情况作了比较.     

Heusler合金Li_2AlX(X=Ga,In)的晶格动力学和电子特性（英文）

本文计算了 Heusler合金Li_2AlGa和Li_2AlIn的晶格参数、体积模量、体积模量的一阶导数、电子能带结构、声子色散曲线和声子态密度,并与密度泛函理论中的广义梯度近似计算结果进行比较.计算的晶格参数与文献有很好的一致性.两个Heusler合金的电子能带结构表明它们是半金属结构.并利用声子色散曲线和声子密度图研究Heusler合金晶格动力学.Li_2AlGa和Li_2AlIn Heusler合金在基态呈现动力学稳定.     

BaTiO_3/SrTiO_3(1∶1)有序超晶格的第一性原理研究

用第一性原理计算研究沿[110]和[111]方向有序的Ba Ti O3/Sr Ti O3(BTO/STO)1∶1超晶格的晶格动力学、介电和压电性能.对两种有序BTO/STO超晶格从最高对称性的结构出发计算布里渊区中心声子,通过冻结不稳定声子得到畸变结构,进一步冻结不稳定声子得到基态结构.两种有序BTO/STO超晶格的基态结构分别是Pm和R3m结构.把声子介电张量和内应变压电张量分解成单个离子和单个声子的贡献.根据离子对介电和压电张量各分量的贡献可知Ti和O离子对介电和压电有比较大的贡献.声子对介电和压电张量的贡献的分析果表明频率较低的声子有主要的贡献.特别是沿[110]方向有序BTO/STO超晶格中ε11主要来自于频率为49 cm-1的软模A'声子的贡献.     

SiGe／Si应变层超晶格的结构和光散射特性

ＳｉＧｅ／Ｓｉ应变层超晶格是一种亚稳态结构。在高温下，原子互扩散导致异质界面展宽；同时，由晶格失配引起的应变会发生弛豫。这两种现象都将导致超晶格结构的变化。本文证明，利用拉曼散射光谱可以定量地反映这一变化。（１）我们首先把界面陡峭超晶格中折叠纵声学（ＦＬＡ）声子的色散关系和散射强度的理论计算推广到界面展宽的情形。然后，我们分析了测量得到的在不同温度下退火的超晶格样品的ＦＬＡ声子散射谱。通过测量谱和计算结果的比较，得到了不同退火温度下异质界面的展宽或扩散长度。我们也从理论上证实并且在实验上观察到：ＬＦＡ声子在超晶格布里渊区边界的能带分裂随异质界面的展宽而减小。（２）我们定量地分析了ＳｉＧｅ／Ｓｉ超晶格中光学声子的散射谱随退火温度的变化。考虑到原子互扩散引起的合金组份变化以及应变弛豫两大因素，我们发现，对上述合金型ＳｉＧｅ／Ｓｉ超晶格，在８００℃下退火１０分钟，超晶格中由于原子互扩散引起的界面展宽是非常严重的。相比之下，晶格弛豫的大小与材料的生长条件有关。对较低温度（４００℃）下生长的超晶格，晶格弛豫量并不大，仅为１６％。这一结果也得到了Ｘ－射线衍射谱的支持。（３）我们讨论了与ＳｉＧｅ／Ｓｉ应变层超晶格的结     

半导体氮化铟(InN)的晶格振动

本文总结了新型半导体InN薄膜晶格振动研究的现状,主要为Raman散射光谱及部分红外光谱的研究结果。重点内容为InN(包括六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构)的布里渊区中心(Γ点)声子结构、电子激发态(等离子激元)与纵光学声子耦合、无序化激发模和晶格振动模的温度、应力效应等,也涉及部分和InN有关的氮化物合金以及超晶格、量子阱和量子点等结构的晶格振动研究。同时对相关材料和结构的Raman光谱研究作了一些展望。     

Heusler合金Li2AlX(X=Ga，In)的晶格动力学和电子特性

本文计算了Heusler合金Li₂AlGa和Li₂AlIn的晶格参数、体积模量、体积模量的一阶导数、 电子能带结构、声子色散曲线和声子态密度,并与密度泛函理论中的广义梯度近似计算结果进行比较. 计算的晶格参数与文献有很好的一致性. 两个Heusler合金的电子能带结构表明它们是半金属结构. 并利用声子色散曲线和声子密度图研究Heusler合金晶格动力学. Li₂AlGa和Li₂AlIn Heusler合金在基态呈现动力学稳定.     

半导体氮化铟(InN)的晶格振动

本文总结了新型半导体InN薄膜晶格振动研究的现状，主要为Raman散射光谱及部分红外光谱的研究结果。重点内容为InN(包括六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构)的布里渊区中心(Γ点)声子结构、电子激发态(等离子激元)与纵光学声子耦合、无序化激发模和晶格振动模的温度、应力效应等，也涉及部分和InN有关的氮化物合金以及超晶格、量子阱和量子点等结构的晶格振动研究。同时对相关材料和结构的Raman光谱研究作了一些展望。     

超晶格和层状结构传热特性的连续模型及其在能源材料设计中的应用

层状材料和超晶格结构为提高热电材料和隔热涂层提供了新的设计思路, 并成为最近的研究热点. 应用连续波动方程和线性阻尼理论, 本文研究了此类材料中的声子输运特性. 给出了在整个相空间里的界面调制和声子局域化效应, 得出了超晶格材料热导率的上极限和下极限; 同时, 分析表明界面锐化加强了声子带隙, 使得部分模态的声子局域化加强. 最后, 通过对石墨烯/氮化硼超晶格(G/hBN)和硅/锗超晶格的分子模拟(Si/Ge), 验证了该理论模型. 该方法适用于所有的层状材料和超晶格结构, 对此类新能源材料的设计提供了普适的设计思路.     

半导体超晶格声子激光器的研究进展

太赫兹频率的相干声子在纳米尺度器件的探测和操控领域具有重要的应用价值。半导体超晶格声子激光器是实现太赫兹频率相干声子源稳定输出的重要途径。本文首先回顾了GHz到THz频率范围声学放大的多种方法,然后详细阐述了超晶格声子放大、超晶格声学布拉格镜的工作原理与设计方法以及声子激光器的阈值条件,同时总结了电抽运和光抽运结构器件的研究现状,最后简要讨论了亚太赫兹声子激光器在声-电子领域的应用。分析表明,这种能够产生强相干太赫兹声子的半导体超晶格声子激光器在纳米尺度器件的探测与成像等方面具有广阔的发展前景。     

用超快电子衍射技术研究Al薄膜的超快动力学行为

超快电子衍射（UED）技术因其同时具有亚皮秒的时间分辨和亚毫埃的空间分辨能力,成为研究物质瞬态结构变化,特别是研究晶格材料超快动力学的有力工具.应用国内首台自行研制的UED系统,我们实时测量了超快激光脉冲激发下,20 nm金属Al多晶薄膜产生的相干声子和晶格热运动.实验结果显示,在晶格热运动加剧的同时,热应力的作用使晶格产生了相干振荡,并最终膨胀达到新的平衡位置.实验中测得的振荡周期以及晶格上升的温度与理论计算的结果符合较好,展示了UED技术在超快晶格动力学研究方面的广阔应用前景 关键词： 超快电子衍射 相干声子 晶格热运动     

离子型声子晶体的光学性质

提出了离子型声子晶体的概念,发展了相应的理论：在实验上证实了离子型声子晶体中存在超晶格振动与电磁波的强烈耦合,观察到原先存在于离子晶体中的极化激元等长波光波行为;预言了一些可能的物理效应,离子型声子晶体超晶格振动和电磁波的耦合方程与黄昆方程在形式上完全一致,说明了超晶格与实际晶格在物理上的相似性。     

基于界面原子混合的材料导热性能

构造了界面具有原子混合的硅锗(Si/Ge)单界面和超晶格结构.采用非平衡分子动力学模拟研究了界面原子混合对于单界面和超晶格结构热导率的影响,重点研究了界面原子混合层数、环境温度、体系总长以及周期长度对不同晶格结构热导率的影响.结果表明:由于声子的“桥接”机制,2层和4层界面原子混合能提高单一界面和少周期数的超晶格的热导率,但是在多周期体系中,具有原子混合时的热导率要低于完美界面时的热导率;界面原子混合会破坏超晶格中声子的相干性输运,一定程度引起热导率降低;完美界面超晶格具有明显的温度效应,而具有原子混合的超晶格热导率对温度的敏感性较低.     

掺杂、无序和混晶半导体的晶格振动行为

一、研究的意义和目的 杂质诱发的半导体晶格振动问题和无序和混晶半导体的晶格振动问题的研究,在过去20多年中一直是比较活跃的. 过去的研究表明,在杂质诱发晶格振动情况下,由于杂质原子量和掺杂的不同而引起的力常数的变化,可以诱发与杂质有关的、不同程度局域化的振动模(尤其是位于声子带上方的局域模),并可使原来光学不激活的声子带模变得部分地光学可激活.然而对与低频的声学声子带有关的杂质诱发振动行为,国内外却研究得很少,实验方面尤其如此. 关于无序半导体的晶格振动行为,已有的研究成果表明,无序可以使理想晶体情况下光s学不激活…     

Mo2C二维材料晶格热导率的第一性原理研究

Mo₂C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo₂C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo₂C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维Mo₂C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo₂C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响.     

非晶态半导体超晶格中的纵声学声子折叠效应

报道用喇曼散射技术对a-Si:H/a-SiN:H和a-Si:H/a-SiC:H两种周期性超晶格中纵声学声子折叠模的系列研究结果。获得了a-Si:H/a-SiC:H超晶格的纵声学声子折叠谱。并用弹性连续介质模型对折叠纵声学声子的色散关系进行了理论计算,其结果与实验值符合得很好。同时,对布里渊区中心频隙的存在做了简单的讨论。 关键词：     

有限宽度的ZnSe/ZnTe应变超晶格中LA声子的拉曼频移(英文)

考虑到真实超晶格系统的有限宽度会造成晶格的非周期性 ,我们修正了用来决定拉曼频移峰值位置的公式中的倒格矢一项。在线性驰豫应变假设下给出了应变超晶格纵向原子间距的几何模型。在上述理论基础上计算了有限宽度的ZnSe/ZnTe应变超晶格LA声子的拉曼频移。数值计算结果同现有实验结果作了比较 ,符合很好。     

固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算

用一种非简谐晶格动力学方法, 使用相互作用势作为惟一的输入参数, 准确地计算了固体氩的各个声子的频率和弛豫时间. 并将这些结果进一步和玻尔兹曼输运方程相结合, 预测了固体氩从10 K 到80 K 区间的热导率, 并得到了与实验值非常符合的结果. 分析了运用非简谐晶格动力学方法进行数值计算过程中的各个相关的计算参数, 包括布里渊区中倒格子矢量的选取, δ 函数的展宽的选择等对热导率和声子弛豫时间预测结果的影响. 通过对各个声子模式对热导率贡献的分析, 发现随着温度升高, 高频声子对于热导率的贡献率也逐渐变大, 结果和理论预测完全一致. 关键词： 热导率 固体氩 非简谐晶格动力学 声子     

Ge_xSi_(1-x)/Si超晶格中周期不均匀对折叠声学声子拉曼线宽的影响

本文报导了在 Ge_Si_(1-x)/Si 超晶格中观察到了超晶格周期不均匀导致的折叠声学声子拉曼谱线展宽,这种谱线展宽与折叠指数(m)有关,折叠声学声子的谱线越宽,m 相同的折叠声学声子具有相同的线宽。