固体中高频声子的激励

声子是固体物理中极为活跃的准粒子.声学声子的频率从10～9Hz一直到10～(12)Hz或10～(13)Hz,这一最高频率是由晶格结构决定的. 频率为10～9-10～(11)Hz的声子称为微波声子.产生和检测微波声子的最常用的方法是压电晶体的电磁激励,即在压电单晶薄片或压电薄膜上加上交变电磁场,使之与晶片或薄膜的厚度发生基频或谐频上的共振,从而得到京赫(1京=10～9)级的微波声子;或者把经过光学加工的晶体表面置于微波谐振腔中,利用非谐振的压电表面激励产生声子.Bommel和 Dransfeld[1]等曾用这种方法做了大量工作.1966年,Jaco-bson和Ilukor用这种方法…     

一维三原子链的格波解及其色散关系

通过求解简谐近似下一维三原子链的晶格振动方程得到其格波解和色散关系,进而研究一维三原子链的晶格振动特点,讨论一维三原子链和一维单原子链色散关系的内在联系.结果表明,一维三原子链的色散关系包含一个声学支和两个光学支,频谱范围和频率禁带与原胞内三个原子的质量都有关联,在原胞内原子质量相等的情况下一维三原子链的色散关系与一维单原子链色散关系所描述的晶格振动模式相同,进而对固体物理教学中容易误解的两个相关问题进行了说明.     

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.     

磁场中与形变势相互作用的表面极化子的有效质量

近年来 ,磁场中极性晶体表面极化子的性质已引起人们的广泛关注。Ｌａｒｓｅｎ[1 ] 采用四级微扰法计算了磁场中二维极化子的基态能量。Ｗｅｉ等[2 ] 用格林函数方法研究了交界面磁极化子的回旋共振质量和频率。本文作者之一[3] 用线性组合算符讨论了磁场中表面极化子的性质。实际上 ,到目前为止 ,对表面磁极化子的研究 ,只限于考虑表面电子只与表面光学 (ＳＯ)声子和体纵光学 (ＬＯ)声子相互作用 ,而忽略了表面电子与表面声学 (ＳＡ)声子相互作用。对电子通过形变势与晶格声学振动相互作用形成的准粒子 声学形变势 (ＡＤＰ)极化子性质的研…     

声子气的状态方程和声子气运动的守恒方程

根据爱因斯坦的狭义相对论中质能的等效关系，把固体(本文指非导体)晶格(原子)的质量分为晶格(原子)的静质量和晶格热振动能量的等效质量两个部分，后者就是固体中声子气的等效质量.晶格(原子)热振动的能量则分为晶格(原子)静质量具有的热能以及声子气质量具有的热能.基于固体的状态方程，导得了晶格静质量热振动的状态方程和声子气的状态方程.声子气在固体介质中的宏观运动就是热量在固体中的传递过程.建立了声子气运动的守恒方程组，分析表明，忽略惯性力时声子气的动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律，阐明了傅里叶导热定律的物理本质是声子气驱动力与阻力的平衡方程.当热流密度很大惯性力不能忽略时，傅里叶导热定律不再适用. 关键词： 非傅里叶导热 声子气 声子气质量 状态方程 守恒方程     

微微秒时间间隔的晶格动力学

声学声子和光学声子的寿命以及寿命随温度、频率的变化影响固体的许多性质.例如,声学声子寿命对绝缘休、半导体和非晶固体的热输运性质的影响是极为重要的.光学声子的衰减动力学过程和光学声子与其它激发的耦合,对半导体的热电子输运,绝缘体中非平衡高频声学声子的产生等问题都起十分重要的作用.因此对声学及光学声子寿命的研究已成为固体物理中基本的和极感兴趣的课题. 高温下或在有短的平均自由程的材料中,声学声子激发的寿命通常是微微秒的范围.而频率为5—10THz的光学声子的寿命则是毫微微秒量级.最近两年,用微微秒与毫微微秒激光脉冲…     

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…     

二维Mo2C的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。     

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。     

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。     

基于第一性原理分子动力学的填充方钴矿热输运性质及微观过程的研究

对于重要热电材料之一的填充方钴矿材料,其低热导率的成因存在两种观点:1)填充原子的局域振动引起共振散射降低热导率;2)填充原子的引入加强了三声子倒逆过程来降低热导率.本文采用含有限温度效应的第一性原理分子动力学方法模拟了YbFe_4Sb_(12)的动力学过程,并通过温度相关有效势场方法得到了充分包含非线性作用的等效非谐力常数,研究了微扰近似下的声子输运性质.结果显示,在填充原子振动全部参与三声子倒逆散射过程的近似下,相比于纯方钴矿体系,声子寿命大幅地降低,填充原子的振动是热阻的重要来源.但即便如此,理论计算结果与实验的晶格热导率之间仍存在明显偏离.不同填充原子振动之间的较弱关联性质也揭示其明显偏离经典的声子图像,表现为一种强烈的局域特征振动模式,并以此散射其他晶格声子,因而对热阻的贡献也超出了传统三声子的理论框架.通过将填充原子Yb振动模式的寿命进行共振散射形式的修正,可以使晶格热导率与实验结果符合较好.以上结果表明,YbFe_4Sb_(12)的低晶格热导率是由声子间相互作用以及具有局域振动特征的共振散射两方面因素导致.     

黄方程与极化激元

如果晶体元胞含两个原子,其格波(具有波的形式的晶格振动模)除了三支声学波外,还有三支光学振动波.在长波极限下(即光学声子波长远大于晶格常数),元胞中两个粒子的光学振动方向相反,而元胞的质心则保持静止.在考虑极性晶体与红外光的相互作用以及电子与晶格的相互作用时,长波长光学振动具有特殊的重要性. 对于极性晶体,正负离子在光学振动时会伴随产生极化,由此产生的宏观电场反过来又影响晶格光学振动模的频率,造成了纵光学振动(振动方向与波传播方向平行)与横光学振动(振动方向垂直于波传播方向)频率的不同.30—40年代的深入研究表明,这种…     

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.     

晶格振动模式密度研究

晶格振动模式密度(声子态密度)即单位频率间隔内的模式数,是反映声子在波矢空间分布疏密程度的物理量.为了准确地求出晶格热容量随温度的变化关系,必须用较精确的办法计算出晶格振动的模式密度,进而掌握材料的热力学性质.一般教材中对该部分的讲解晦涩难懂,本文从晶格振动的物理意义开始,分析说明并推导一维、二维、三维不同体系的晶格振动模式密度公式,进而求出德拜模型下不同体系晶格热容公式.     

振动合成在气垫导轨上的验证

晶格中原子的集体振动——声子与晶格的热力学性质密切相关。它是凝聚态物理中的重要内容并具有广泛的应用。由于介绍量子化的声子需要较多的基础知识,目前很少在本科教学中展示该内容。本文从经典物理的角度出发,通过气垫导轨实验来演示滑块的集体振荡,验证了任一种振动均是由基振动线性叠加而成,这一实验在本科教学中可帮助学生理解"合成、叠加、耦合"等现代物理学概念。     

准周期Fibonacci超晶格的低频纵声学模喇曼光谱

本文报导了准周期 Fibonacci 金属 Nb/cu 和非晶半导体 a-Si:H/a-SiN_x:H(x≈1)超晶格纵向低频声学声子模的喇曼散射研究。在弹性连续模型的基础上,理论模拟表明了这些低频声子光谱是对应于周期超晶格中声学模在约化布里渊区的折叠效应。     

第一性原理计算:MgCNi_3镁位空穴(Na)掺杂的声子谱研究

应用全势线性响应线性糕模轨道(FP-LR-LMTO)方法对MgcM3镁位进行钠掺杂的虚原子近似,计算晶格振动的动力学矩阵,得到Mg1-xNaxCNi3(x=0,0.06)的声子谱.计算结果表明MgCNi3声子谱中最低声学支沿F-M方向有接近一半距离的不稳定声子模存在,不稳定声子模都包括存原胞内x-y平面上两个相邻Ni原子沿着与C-Ni键垂直的方向上,向着镍八面体间隙区的垂直运动x为0.06的掺杂,使得布里渊区沿三个主要高对称性方向(Г-x、Г-M、Г-R)虚频范围扩大,容易使MgCNi3结构不稳定而产生结构相变.     

一维分子链中激子与声子的相互作用和呼吸子解

运用连续极限近似，求解声子与激子相互作用的运动方程，得到了简谐分子链和 非简谐分子链中晶格振动的孤子解，在考虑三次非简谐势的情况下，一维分子链晶格振动具 有扭结孤子解，在考虑具有四次非简谐势的情况下，得到一维分子链晶格振动具有呼吸子解 . 关键词： 一维分子链 激子 声子 孤子 呼吸子 非线性效应     

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。     

塔姆（Tamm，Igor Yevgenyevich．1895-1971）俄国物理学家（Physicist，Russia）

塔姆是一个工程师的儿子，1918年毕业于国立莫斯科大学。第一次世界大战前夕，他在爱丁堡学习。回到俄国后，于1929年提出固体物理学中的声子概念。声子就是晶格振动的能量子，电子与晶格之间的相互作用可以用电子与声子的相互作用来描述，从而用场论的方法处理。他的主要成就是在1937年与弗兰克一起对切伦科夫辐射现象（高速带电粒子在通过透明物质时发出蓝光的现象）进行了解释，因此使他与切伦科夫、弗兰克3人共享了1958年的诺贝尔物理学奖。