体结构GaAs光导开关实验研究

为解决光导开关耐受场强的提高问题,研制了2种体结构光导开关,并进行了实验研究。两种开关均由半绝缘GaAs材料制成,一种尺寸为10.0 mm×10.0 mm×0.6 mm,电极位于10.0 mm×10.0 mm面上相对位置,电极直径6 mm;另一种尺寸为15.0 mm×15.0 mm×3.0 mm,8 mm直径电极位于15.0 mm×15.0 mm面上相对位置。测试了第1种开关在不同半高宽脉冲加载电压下的击穿电压,结果表明其最大耐受电压达7.6 kV,击穿电场127 kV/cm。对第2种结构测试了开关在直流加载条件下的暗态伏安特性并进行了触发实验,结果表明在15 kV工作电压下,其放电最大电流超过3.5 kA。     

变形及电场作用对石墨烯电学特性影响的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了变形、电场及共同作用对石墨烯电学特性影响的电子机理.研究表明,本征石墨烯的能隙及态密度值在费米能级处均为0,呈现出半金属特性;在一定的变形量下对石墨烯施加剪切、拉伸、扭转及弯曲变形作用,发现剪切和扭转变形对打开石墨烯能隙的作用明显;对本征石墨烯施加不同方向的电场,可知010电场方向对打开石墨烯能隙的作用效果最强.这是因为该电场方向下石墨烯C-C原子间的布居数正值较大,成键键能较高,而负值数值较小,反键键能较低;线性增加电场强度,石墨烯的能隙呈线性增长势;变形及电场共同作用下,外加电场提高了变形对打开石墨烯能隙的作用效果,但不及两种外场叠加的作用效果.     

锯齿型石墨烯纳米窄带中量子霍尔体系的电场调控

应用含自洽格点在位库仑作用的Kane-Mele模型,研究锯齿型石墨烯纳米窄带平面内横向电场对边界带能带结构和量子自旋霍尔(QSH)体系的影响.研究结果显示,当电场强度较弱时,外加电场的方向可以调控自旋向下的两个边界带一起朝不同方向移动,导致波矢q=0.5处自旋向下的两个纯边界态的能量简并劈裂方向可由电场调控;当电场强度进一步增强到超过0.69 V/nm,自旋向下的两个边界带出现较大带隙,能带反转,而自旋向上的电子结构无能隙,系统呈现半金属性,同时QSH体系不再是B类.特别当电场强度为1.17 V/nm时,在自旋向下能带的能隙中,q=0.5处存在自旋向上的纯边界态,意味着在8格点边界处可以产生自旋向上的纯边界电流.当电场强度持续增加时,QSH系统从B类到C类经历3个阶段的变化.当电场强度超过1.42 V/nm后,自旋向上的两个边界带也出现能带反转,分别成为导带和价带,系统成为C类的普通量子霍尔体系.     

高压多脉冲硅堆汇流结构

利用形成线并联的方法产生高压三脉冲,需要在形成线和加速腔负载间串联硅堆隔离网络,以隔离不同形成线间的相互影响,并将不同形成线先后产生的高压脉冲汇流成三脉冲串传输到加速腔。硅堆放置于封闭的油箱中,箱体结构的设计将直接影响汇流后三脉冲的波形品质和硅堆的使用寿命。通过对高压硅堆内部电势分布的模拟分析和实验验证,明确了影响硅堆使用寿命的主要原因;设计实验测量了汇流结构各部分对汇流脉冲前沿的影响程度,综合分析汇流结构对硅堆使用寿命的影响,明确了汇流结构的优化方向,并在此基础上确定了神龙二号三脉冲直线感应加速器硅堆汇流结构的最终设计。     

液体薄层中的超声空化*

液体薄层中的超声空化,因其边界及所处空间的特殊性,而呈现出非常独特的空化结构和演化行为,在超声清洗、超声钎焊、表面处理、近场声悬浮、超声化学等领域都有所应用。该文梳理了近几年该课题组在液体薄层中的超声空化研究中的一些成果,力图揭示液体薄层内空泡、空化云、空化场的运动和分布规律,及其产生、发展和演化过程,以期对液体薄层中的超声空化行为有一个相对清晰和完整的认识。     

两原子相干共振能量传递的单次与N次能量提取

两原子间隔一定距离且两原子跃迁频率接近时,两原子之间可发生能量传递.理论研究了供能原子和受能原子两共振原子的能量传递.求解薛定谔方程得出两原子共振能量传递效率.结果表明,供能原子在真空场中的激发态寿命在能量传递效率中起到十分重要的作用.能量传递效率与两原子间距离的负三次幂的正弦值的平方成正比,在一阶近似条件下,与两原子间距离的6次方成反比.以供能原子处于激发态时为初始时刻,能量从初始时刻随时间由供能原子向受能原子传递,对受能原子的单次能量提取的最大值大约在供能原子寿命的2/3时刻;对受能原子的连续N次能量提取的最大值,每次提取时间大约在供能原子寿命的1/2时刻.     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

近800 nm波长张应变GaAsP/AlGaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_1-xP_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_1-xP_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh₁,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh₁.计算并分析了导带第一子带c₁到价带子带lh₁和hh₁的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_1-xP_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

抗磁悬浮振动能量采集器动力学响应的仿真分析

分析了微型抗磁悬浮振动能量采集器中悬浮磁体的受力特性,发现了能量采集器的单稳态和双稳态现象,研究了能量采集器在不同工作状态下该两种稳态类型时的动力学响应特性.当能量采集器处于非工作的单稳态状态时,其动力学响应是在线性系统的基础上加入非线性扰动、幅频响应曲线向右偏转;热解石墨板间距越大,非线性扰动越强烈,右偏现象则越显著.当能量采集器处于非工作的双稳态状态时,其动力学响应比较复杂,出现倍周期、4倍周期以及混沌等非线性系统特有的现象.当能量采集器处于工作状态的双稳态状态时,其振动频率和外界激励频率保持一致,进行周期振动.该研究对抗磁悬浮振动能量采集器的结构设计具有重要的参考价值,为提高能量采集器的响应特性和输出性能提供了理论指导.