Continuous-wave operation of InAs/InP quantum dot tunable external-cavity laser grown by metal-organic chemical vapor deposition

We demonstrate high-performance broadband tunable external-cavity lasers(ECLs) with the metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD) grown In As/In P quantum dots(QDs) structures. Without cavity facet coatings, the 3-d B spectral bandwidth of the Fabry–Perot(FP) laser is approximately 10.8 nm, while the tuning bandwidth of ECLs is 45 nm.Combined with the anti-reflection(AR)/high-reflection(HR) facet coating, a 92 nm bandwidth tuning range has been obtained with the wavelength covering from 1414 nm to 1506 nm. In most of the tuning range, the threshold current density is lower than 1.5 k A/cm2. The maximum output power of 6.5 m W was achieved under a 500 m A injection current.All achievements mentioned above were obtained under continuous-wave(CW) mode at room temperature(RT).     

First-principles analysis of phonon thermal transport properties of two-dimensional WS_2/WSe_2 heterostructures

The van der Waals(vdW)heterostructures of bilayer transition metal dichalcogenide obtained by vertically stacking have drawn increasing attention for their enormous potential applications in semiconductors and insulators.Here,by using the first-principles calculations and the phonon Boltzmann transport equation(BTE),we studied the phonon transport properties of WS2/WSe2 bilayer heterostructures(WS2/WSe2-BHs).The lattice thermal conductivity of the ideal WS2/WSe2-BHs crystals at room temperature(RT)was 62.98 W/mK,which was clearly lower than the average lattice thermal conductivity of WS2 and WSe2 single layers.Another interesting finding is that the optical branches below 4.73 THz and acoustic branches have powerful coupling,mainly dominating the lattice thermal conductivity.Further,we also noticed that the phonon mean free path(MFP)of the WS2/WSe2-BHs(233 nm)was remarkably attenuated by the free-standing monolayer WS2(526 nm)and WSe2(1720 nm),leading to a small significant size effect of the WS2/WSe2-BHs.Our results systematically demonstrate the low optical and acoustic phonon modes-dominated phonon thermal transport in heterostructures and give a few important guidelines for the synthesis of van der Waals heterostructures with excellent phonon transport properties.     

半导体量子点和碳点基零维/二维异质结光催化剂构筑及应用

半导体量子点因其具有精准的尺寸调控、独特的光电特性、丰富的表面活性位点等优势,在光催化剂设计和机理研究中获得了广泛关注。与传统半导体量子点主要作为光吸收单元不同,新兴的碳点更是在增加光吸收、促进电荷分离和增加表面反应位点等光催化不同环节均展现出优异的应用潜力。然而,量子点光催化剂由于小尺寸带来电荷复合严重、易团聚、稳定性差等问题而限制了其光催化性能。解决这些问题的主要途径之一是将零维(0D)量子点负载到超薄的二维(2D)纳米片上,形成0D/2D纳米复合材料,使量子点更加分散和稳定,且2D纳米材料促进的加速电荷转移能够抑制光生电荷的复合,从而可以有效地改善量子点基光催化剂的催化活性和稳定性。本文系统阐述了半导体量子点和碳点基0D/2D异质结光催化剂的构筑及应用,着重讨论了不同类型0D/2D异质结的光催化作用机理及面临的挑战,最后对其未来发展进行了分析和展望。     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C₆₀)给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程. 对于6-6构型,ZnPc-C₆₀的最低激发态S₁态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C₆₀在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程. 相比之下,5-6构型的ZnPc-C₆₀的S₁态是C₆₀的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高. 而且,在ZnPc和C₆₀的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态. 因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C₆₀的LE态的弛豫过程中发生. GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度：从ZnPc到C₆₀的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C₆₀到ZnPc的超快空穴转移过程. 本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPc-C₆₀给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质. 与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.     

丝氨酸蛋白酶中催化三元组内氢键的作用

为了探究丝氨酸蛋白酶催化效率的来源,本文分别研究了丝氨酸酶催化水解多肽CI2、MCTI-A和六肽(SUB)的过程中催化三元组内的氢键所起的作用. 首先采用QM/MM-MD方法计算了在酶-底物复合物和过渡态下组氨酸和天冬氨酸之间质子转移的自由能曲线. 结果表明低能垒氢键仅在CI2酰化反应的过渡态区域形成,而在MCTI-A和SUB酰化反应中均是正常氢键. 与MCTI-A相比,CI2和SUB体系中氢键强度在过渡态时显著增强,因此相应的酰化反应能垒明显降低. 过渡态区域形成的低能垒氢键显然有助于加速酰化反应,同时研究也表明正常氢键也有可能降低能垒. 氢键降低能垒的关键则在于过渡态下氢键强度的增加程度,而不是其是否生成了低能垒氢键. 本文为研究催化三元组间的氢键在丝氨酸蛋白酶中的作用提供了新思路,并有助于理解丝氨酸蛋白酶中催化三元组的催化机制.     

LaAlO_3/SrTiO_3界面增强光伏效应

探索LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值.本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO_3基底上制备了LAO/STO薄膜,研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应,探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响.研究结果表明,在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压,说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用.通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压,当偏压为60 V时, LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm.这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路.     

EuS/Ta异质结的极大磁电阻效应

在铁磁/超导异质结中,铁磁体的交换场通过近邻效应将导致超导体准粒子态密度的塞曼劈裂.基于该效应,在外磁场不强的情况下,通过外加磁场可以有效地调节铁磁/超导界面处的交换作用,从而实现超导体在正常态和超导态之间转换,产生极大磁电阻.本文利用脉冲激光沉积方法制备了EuS/Ta异质结并研究了其电磁特性.Ta在3.6 K以下为超导态,EuS在20 K以下为铁磁态.在2 K时,EuS/Ta异质结中可观测蝴蝶型磁滞回线,证明在低磁场下(<±0.18 T)异质结中EuS铁磁态和Ta超导态共存.磁输运测试表明,通过施加外磁场可以有效调节EuS的交换场,随着交换场的增大,同时也加强了界面处的交换作用,从而抑制Ta的超导态,实现了Ta在超导态和正常态之间的转变,在EuS/Ta异质结中观测到了高达144000%的磁电阻.本文制备的EuS/Ta异质结具有极大磁电阻效应,在自旋电子学器件中有潜在的应用前景.