谐振频率可调的环状开口谐振器结构及其效应

理论和实验研究表明，开口谐振环(SRRs)中可以激励磁谐振从而实现负磁导率.通过在SRRs结构中引入与其开口边平行的金属短杆设计并制备了新的磁谐振单元，采用波导法系统研究了短杆对SRRs和左手材料的微波透射特性以及左手效应的影响.实验和数值模拟表明：金属短杆和SRRs开口边形成附加电容，导致SRRs开口电容增大从而引起谐振频率降低.随短杆长度l和短杆与SRRs间距d的增大，SRRs谐振频率也随之减小和增加.短杆的加入不影响SRRs的负磁导率特性，改变短杆与SRRs间距d< 关键词： 开口谐振环 金属短杆 调控 左手材料     

超电容储能电极材料的密度泛函理论研究

由于量子限域效应和态密度的限制,石墨烯、硅烯等二维材料的量子电容在费米能级附近趋近于零.基于密度泛函理论的第一性原理研究发现,掺杂和吸附使石墨烯等二维电极材料的电子结构得以有效的调制,它促进狄拉克点附近局域电子态的形成和/或费米能级的移动,从而使量子电容得到了提高.比较Ti (Au, Ag,Cu, Al)和3-B (N, P, S)掺杂单空位石墨烯(硅烯,锗烯)的量子电容,发现3-N掺杂单空位石墨烯和Ti原子吸附单空位硅烯、锗烯的量子电容明显得到了提升,量子电容分别为118.42μF/cm2, 79.84μF/cm2和76.54μF/cm2.另外还研究了3-N掺杂三种烯类的浓度效应,随掺杂浓度的增加,量子电容呈增加趋势.通过研究各掺杂体系的热力学稳定性问题,发现Ti是最稳定的吸附原子,因为Ti和C原子之间可以形成强键.在B, N, P, S掺杂单空位硅烯和锗烯中, S是最稳定的掺杂原子,而对于石墨烯, N掺杂的形成能最低,量子电容最高.上述二维电极材料的理论模拟计算为超级电容器和场效应晶体管中的实际应用做出了探索性的工作.     

二维材料中贝里曲率诱导的磁性响应

二维材料中由贝里曲率诱导的新型磁学响应是近年来的新兴领域.这些二维材料所表现出的磁学特性及量子输运与贝里曲率直接相关,而贝里曲率又与晶体的对称性、电子的轨道磁性、自旋轨道耦合以及磁电效应等息息相关.研究这些新型磁性响应一方面有益于研究不同量子效应间的耦合作用,另一方面可探索量子效应在电子与信息器件领域的应用.本文介绍了近几年来二维材料中新型磁响应的实验研究进展,特别介绍了二硫化钼和石墨烯等材料中的谷霍尔和磁电效应、低对称性的二碲化钨等材料中的量子非线性霍尔以及转角石墨烯中的反常霍尔和量子反常霍尔效应.本文结合二维材料的晶体结构以及电子结构,介绍了这些新奇现象的现有物理解释、回顾了相关研究的最新发展、讨论了其中尚未理解的现象,并作出展望.     

超材料微波磁导率色散行为的电可调控性研究

研究在开口金属谐振环(SRR)结构嵌入一个电容二极管后,通过电压调控二极管的电容使得SRR结构的等效电容值发生改变,能实现对SRR的谐振频率和等效磁导率的调控,从而提出了一种智能的微波磁性超材料结构.采用时域差分有限元法(Finite-Difference Time-Domain)和恢复算法模拟了变容二极管的工作电压变化下,SRR结构谐振频率和磁导率的变化规律.研究结果表明工作电压增大使变容二极管的电容值减小时,将导致SRR结构的谐振频率向低频段移动,其磁导率的共振频率也将向低频移动.最后指出了SRR结构与常规磁性材料(如铁氧体)磁导率色散行为的不同之处. 关键词： 超材料 微波磁导率     

载流子分布对GaN基LED频率特性的影响

分别在直流偏置和交流偏置下,对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示,通过改变靠近p型层的量子垒（也就是最后一个量子垒）中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度,可以改善LED中载流子传输特性,并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响,并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。     

载流子分布对GaN基LED频率特性的影响（英文）

分别在直流偏置和交流偏置下,对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示,通过改变靠近p型层的量子垒(也就是最后一个量子垒)中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度,可以改善LED中载流子传输特性,并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响,并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。     

纳米隧道结的量子电容现象

利用STM针尖和二维Au纳米团簇构造的双隧道结,通过对单电子隧穿谱的测量,研究了纳米隧道结的电容随隧道结宽度的变化,发现电容随结宽度的变化偏离了经典电容的行为,为纳米隧道结的量子电容效应提供了实验证据.     

不同量子阱宽度的InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究

用Shubnikov-de Haas(SdH)振荡效应，研究了在1.4 K下不同量子阱宽度(10—35 nm)的InP基高电子迁移率晶体管材料的二维电子气特性.通过对纵向电阻SdH振荡的快速傅里叶变换分析，得到不同阱宽时量子阱中二维电子气各子带电子浓度和量子迁移率.研究发现，在Si掺杂浓度一定时，阱宽的改变对于量子阱中总的载流子浓度改变不大，但是随着阱宽的增加，阱中的电子从占据一个子带到占据两个子带，且第二子带上的载流子迁移率远大于第一子带迁移率.当量子阱宽度为20 nm时，处在第二子能级上的电子数与处在 关键词： 量子阱宽 二维电子气 Shubnikov-de Haas振荡 高电子迁移率晶体管     

纳米隧道结的量子电容现象

利用STM针尖和二维Au纳米团簇构造的双隧道结，通过对单电子隧穿谱的测量，研究了纳米隧道结的电容随隧道结宽度的变化，发现电容随结宽度的变化偏离了经典电容的行为，为纳米隧道结的量子电容效应提供了实验证据。     

阶梯算符本征态下介观电子谐振腔的量子效应

基于电荷取分立值的事实,运用阶梯算符的性质,计算电荷、电流以及能量的量子涨落,研究介观电子谐振腔的量子效应.结果表明,计及电荷量子化的事实,在阶梯算符本征态下介观电子谐振腔中电流的量子涨落为零,而电荷与能量的量子涨落不为零,分别与电荷的量子化性质有关,大小决定于系统自感、电容、栅压和形状因子以及状态参量等因素.     

硅量子点中电子的荷电动力学特征

利用频率依赖电容谱的测量,对于SiO₂/硅量子点/SiO₂/硅衬底隧 穿电容中硅量子点的荷电特征进行了研究.由于量子点的极小尺寸和良好的均匀性,室温下 在强反型区成功地观察到了与单电子隧穿相关的两个电容和电导共振峰,它们分别对应于硅 衬底导带上的电子与量子点中第一与第二个基态之间直接隧穿过程.实验数据分析给出了量 子点中的库仑荷电能,并进行了讨论. 关键词： 量子点 电容谱 库仑荷电能 直接隧穿     

不同N掺杂构型石墨烯的量子电容研究

超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置, 其特点是功率密度高、循环寿命长. 制备出兼有高能量密度的电极材料是当前超级电容器研究的重点. 以提高电容储能为目标, 通过掺杂N原子来调制石墨烯的电子结构, 使用基于密度泛函理论的第一原理计算了不同N掺杂构型石墨烯的态密度和能带结构, 拟合出了石墨烯的量子电容, 分析了量子电容储能提升的原因.     

量子点腔非谐振耦合系统纯退相干的特性及应用

采用非相干泵浦、受激辐射和纯退相干的量子主方程研究了量子点腔耦合系统,得出腔与量子点发射光谱解析解.理论分析显示,在非谐振耦合系统中纯退相干能使腔发射谱产生明显的移位效应,从而可以解释"非谐振耦合腔有效发射"效应.为了进一步研究纯退相干在量子点腔耦合系统上的应用,引入了系统有效耦合率和单光子源效率,并通过比较有效耦合率...     

二维材料平带的实现及其新奇量子物态

在二维材料平带中电子的有效质量急剧增大,电子的库仑排斥能将远远大于电子的动能,电子-电子相互作用效应显著,对应地将会产生一系列新奇的强关联量子物态,如量子霍尔铁磁态、分数量子霍尔效应、量子反常霍尔效应、超导态、Wigner晶体等.因此人们对于二维材料中的平带产生了极大的兴趣.近几年,与平带相关的强关联物性研究成为了凝聚态物理领域的前沿课题.实验上发展了多种方法,例如通过外加强磁场、构筑应变结构、引入转角等方式在二维材料中引入平带.本文通过对二维体系中平带的实现方法及其带来的新奇物理现象进行回顾,希望为相关领域的研究人员提供参考和借鉴.     

二维系统研究中的无电极输运方法

介绍了两种极低温环境下无接触电极输运的测量方法—电容测量和表面声波测量.两种方法通过高频电场与电子的相互作用来研究量子系统体态的物理特性.首先介绍了在极低温下通过高精度电容测量研究高质量二维电子气特性的初步结果.实验装置具备在10 mK—300 K, 0—14 T环境中对小于1 pF的电容实现0.05%以上分辨率的能力.还介绍了利用表面声波研究二维电子系统的结果,可以在0.1 nW的输入激励下获得小于10^–5的灵敏度.这些测量手段在研究二维系统尤其是无法制作高质量接触电极的材料中具有广泛的应用前景.     

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.     

非简谐振动对石墨烯量子电容和热稳定性的影响

采用固体物理理论和方法,研究了单层石墨烯的量子电容和它的温度稳定性随温度和电压的变化规律,探讨原子非简谐振动对它的影响.结果表明:(1)当电压一定时,单层石墨烯的量子电容和温度稳定性系数均随温度升高发生非线性变化,电压小于2.3 V时,量子电容随温度升高而增大,温度稳定性系数随温度升高由缓慢变化到很快增大,电压高于2.3 V时,量子电容随温度升高先增大后减小,而其温度稳定性系数随温度升高由缓慢变化到很快减小.温度一定时,量子电容只在电压值为0.4～2.8 V范围内才变化较小,而电压值大于2.8 V时,量子电容迅速减小并趋于0;(2)与简谐近似相比,非简谐项会使石墨烯量子电容有所增大,且温度愈高,两者的差愈大,非简谐效应愈显著,温度为300 K时,非简谐的量子电容要比简谐近似的值大0.33%,而温度为1 000 K时,差值增大到1.47%;(3)电压在1.5～1.8 V之间,而温度低于800 K时,石墨烯量子电容的温度稳定性系数最小且不随温度而变,储能性能的温度稳定性最好;(4)非简谐项会使它的量子电容热稳定性系数比简谐近似的值增大,且增大的情况与温度有关,当温度为400 K时量子电容热...     

转角二维量子材料中平带相关的新奇电子态物性

二维量子材料具有诸多新奇的电子态物性,又易受到外部因素的影响和调控,因此成为近年来凝聚态物理等研究领域的前沿课题之一.而当以不同的旋转角度和堆叠次序制备出二维量子材料的异质结时,莫尔超晶格的形成又进一步诱导了异质结电子能带结构的重整化,从而形成电子平带结构,再结合外加电场、磁场、应力场等外部条件,即可实现对材料整体新奇物性的设计与调控.本文主要围绕转角石墨烯及过渡金属硫族化合物异质结中的相关研究展开讨论,包括与平带物理相关的强关联效应、非常规超导现象、量子反常霍尔效应、拓扑相以及电子晶体等行为,并对未来的研究发展进行了展望.     

电子-声子相互作用对柱形量子线中光学克尔效应的影响

本文利用密度矩阵方法研究了柱形量子线中的光学克尔效应, 重点讨论了电子-声子相互作用对其的影响,并以GaAs量子线为例进行了数值计算。结果显示,随着量子线半径R0的减小,光学克尔效应会逐渐增强;考虑了电子-声子相互作用时的光学克尔效应比未考虑电子-声子相互作用时的大20%多;量子线半径R0越小,峰越尖锐,峰值越强;当量子线半径R0大〖WTBZ〗于40 nm时,峰会逐渐消失.     

非晶化与量子限域效应

当材料尺度减小到几个纳米时，材料内部电子结构会表现为分立能级，这就是所谓的量子限域效应。通过晶态和非晶Pd纳米颗粒的单电子隧穿实验发现，在晶态Pd颗粒中能观察到量子限域效应，而在同样大小的非晶Pd颗粒中却没有观察到。考虑到有序／无序结构的静态效应并结合电子散射等动态效应，解释了非晶Pd颗粒实验中没有观察到量子限域效应的原因。这一结果表明，尺寸减小并不足以使纳米体系表现量子行为，原子结构有序度对于决定纳米体系表现经典行为或量子行为具有同等重要作用。