耗散环境单量子点体系输运过程的量子速度极限研究

基于量子点输运理论与B ures角度量的方法,研究了耗散环境下单量子点系统输运过程中的量子速度极限特性.结果表明:由于隧穿过程存在库仑阻塞效应与量子相干效应,系统可加速能力随左侧隧穿概率有微小的变化;然而,系统可加速能力随右侧隧穿概率变化明显,归因于动力学通道阻塞与共隧穿的共同效应.能级差的增大使系统向目标态演化需要更长的时间,从而改变系统的加速潜力以及随时间演化的震荡频率.耗散环境中弛豫速率对系统可加速能力的影响不是单调的,存在一个有趣的转折点,当弛豫速率小于该点时,系统的可加速能力产生震荡变化,当弛豫速率大于该点时,加速潜力的变化受到了弛豫速率的单调抑制,弛豫速率的增大总体上抑制了系统的可加速能力.     

基于共振波导光栅结构准连续域束缚态的低阈值纳米激光器的数值研究

纳米激光作为一种纳米级相干光源,是光电集成芯片的关键器件.激光器进一步小型化的阻碍在于随着激光器谐振腔体积的减小,其损耗迅速增大.连续域束缚态(bound states in the continuum,BICs)能有效降低全介质结构的辐射损耗.本文提出一种基于全介质共振波导光栅(resonant waveguide grating structures,RWGs)准BIC的纳米激光器,可有效降低纳米激光器的阈值.将传统两部分光栅转换为四部分光栅,可激发波导结构的准BIC模式.本文数值研究了该模式的受激辐射放大特性.结果表明:TE偏振光照射下,基于四部分光栅的RWG结构的纳米激光阈值比基于传统RWG结构的阈值低20.86%.TM偏振光照射时,阈值比传统RWG结构降低了3.3倍.而且TE偏振光照射时纳米激光的阈值比TM偏振光照射时阈值大约低一个数量级,这是因为TE偏振光照射时,结构的电场局域在波导层内,增强了光与增益材料的相互作用,从而降低了纳米激光的阈值.     

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.     

振幅掩模对非线性系统中调制不稳定性的影响

在LiNbO3∶Fe晶体中实验观察了由内在噪音引起的调制不稳定性和加入振幅掩模后产生的调制不稳定性,并对二者进行了比较。在使用振幅掩模时,根据晶体c轴方向与振幅掩模所带周期格子暗斑主轴方向的关系,分两种配置进行了观察比较,第一种配置是二者平行,第二种配置是二者成45°夹角。实验结果表明,掩模的加入加快了调制不稳定性的出现,但在第二种配置下产生的调制不稳定性对晶体内已形成的光子晶格的影响较小,并且这些周期性的光子晶格反过来对调制不稳定性的进一步发展有很好地抑制作用。由于光孤子有很高的应用价值,而调制不稳定性被看作是光孤子形成的预兆,所以研究它具有广泛的应用前景。     

Gd掺杂ZnO纳米线磁耦合性质的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了钆(Gd)掺杂氧化锌(ZnO)纳米线的磁耦合特性. 讨论了两个Gd原子替换ZnO纳米线中不同位置Zn原子的各种可能情况. 计算发现, ZnO中掺杂的Gd原子处于相邻的位置时它们之间的相互作用是铁磁性的, 并且体系的铁磁性可以通过注入合适数目的电子来得到加强. 同时发现Gd掺杂ZnO纳米线后s-f耦合作用变得显著, 使得体系的铁磁性变得更加稳定, 这也是Gd掺杂ZnO纳米线呈现铁磁性的原因. 这些结果为实验上发现的Gd掺杂ZnO纳米线呈铁磁性提供了理论依据.     

氧化石墨烯-卟啉复合材料光限幅性能的理论研究

利用时域有限差分法数值求解速率-场强方程,研究了一系列共价连接的氧化石墨烯-卟啉复合材料在纳秒时域内的光限幅性质和双光子吸收. 计算结果表明,氧化石墨烯-卟啉复合分子与单独的卟啉分子相比展现出增强的光限幅效应,并且有着更大的双光子吸收截面.与之前得到的含重金属的卟啉分子具有更强非线性光学性质的结论不同,不含金属元素的卟啉分子与氧化石墨烯结合后展现出了更强的非线性光学性质. 理论计算的结果与实验测量符合较好. 此外,着重研究了介质的厚度和脉冲宽度对分子双光子吸收截面的影响. 结果表明,随着介质厚度的增加或者脉宽的变宽分子的动态双光子吸收截面增大.     

分子动力学研究抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制. 研究结果表明范德瓦尔斯作用主控了APV与HIV-1蛋白酶的结合. 采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明9个残基Gly27、Ile32、Val47、Ile50、Ile84、Ala28′、Gly49′、Ile50′和Arg87′与APV产生了大于1.0 kcal/mol的强相互作用,而且证明CH-π,CH-O相互作用和极性作用是其结合的主要形式. 期待该结果可以为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导.     

吡嗪分子在硅(100)面吸附构型的XPS和NEXAFS谱理论研究

本文利用X射线谱研究了吡嗪(C₄H₄N₂)分子共价吸附于硅(100)面的几种吸附构型的几何结构和电子结构. 利用密度泛函理论结合团簇模型,对预测的吸附结构的碳K壳层(1s)X射线光电子能谱(XPS)和近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱进行了模拟. 计算结果阐明了XPS和NEXAFS谱与不同吸附构型的对应关系. 与XPS谱相比,NEXAFS谱对所研究的吡嗪/硅(100)体系的结构有明显的依赖性,可以很好地用于结构鉴定. 根据碳原子的分类,研究了在NEXAFS光谱中不同化学环境下碳原子的光谱成分.     

不同形貌ZnO纳米结构的电子显微分析

控制实验合成条件,利用溶胶-凝胶法和化学溶液生长法制备出不同形貌的ZnO纳米结构。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜( SEM) 以及透射电子显微镜(TEM)等多种测试手段对ZnO纳米结构的微观形态及晶相进行了分析。结果表明:3种ZnO纳米结构形貌虽不同,但均具有Z nO六方纤锌矿晶相结构。ZnO纳米棒和花状ZnO纳米结构为单晶,生长方向均沿(0001)方向。ZnO纳米球则为多晶。     

相位反射产生的激光场空洞现象及其与激光等离子体参数相关性研究

理论研究和数值模拟研究表明激光在等离子体中诱导的等离子体密度调制可以起类似布拉格反射镜的作用，使得后面的入射光在等离子体平均密度远低于临界密度的区域就对入射光产生相位反射.相位反射的发生会影响激光在等离子体中的传播，例如激光在等离子体中相对传播时会出现激光场空洞现象.进一步的理论和数值模拟研究表明，相位反射持续发生的时间以及反射率的高低与等离子体的密度、等离子体区域的长度、激光强度以及脉宽等因素密切相关，这些都会对激光在等离子体中的传输产生影响. 关键词： 相位反射 密度调制 激光等离子体 粒子模拟