TFSI钝化晶体硅表面性质的第一性原理研究

晶体硅表面钝化是高效率晶体硅太阳能电池的核心技术,直接影响晶体硅器件的性能。本文采用第一性原理方法研究了一种超强酸-双三氟甲基磺酰亚胺(TFSI)钝化晶体硅(001)表面。研究发现,TFSI的四氧原子结构能够与Si(001)表面Si原子有效成键,吸附能达到-5.124 eV。电子局域函数研究表明,TFSI的O原子与晶体硅表面的Si的成键类型为金属键。由态密度和电荷差分密度分析可知,Si表面原子的电子向TFSI转移,从而有效降低了Si表面的电子复合中心,有利于提高晶体硅的少子寿命。Bader电荷显示,伴随着TFSI钝化晶体硅表面的Si原子,表面Si原子电荷电量减少,而TFSI中的O原子和S原子电荷电量相应增加,进一步证明了TFSI钝化Si表面后的电子转移。该工作为第一性原理方法预测有机强酸钝化晶体硅表面的钝化效果提供了数据支撑。     

S掺杂调节SnTiO3带隙的第一性原理研究

获得窄的带隙和大的极化强度是提高铁电光伏材料性能的关键.本文采用第一性原理方法,研究了S掺杂对SnTiO3带隙和极化强度的影响.通过计算两种最可能的替换掺杂位置,确定了稳定的SnTiO3-xSx掺杂结构.研究发现,S的掺杂会引起SnTiO3沿c轴拉伸,使c/a值变大,带隙宽度变小,极化强度变大.SnTiO3-xSx在x=0.33和x=0.5时的带隙相同,此时S掺杂量的改变并没有引起带隙的变化;但S掺杂量增加到x=1时(即SnTiO2S)具有金属性.进一步的态密度分析表明,S适量掺入后与Ti和Sn成键,降低了Ti的非占据态能量,导带的Ti 3d轨道向低能级移动,从而使掺杂SnTiO2S的带隙由SnTiO3的1.87 eV降低到1.01 eV.通过Bader电荷分析SnTiO2S带隙降低的原因,结果显示,S的引入导致SnTiO2S中离子电荷的总数变小,体系整体电离度变弱,从而引起带隙变小.使用Berry相方法计算表明,随着掺杂量的增加,SnTiO3-xSx的极化强度也会增加.本工作从理论上预测S掺杂能够降低无Pb材料SnTiO3的带隙并使其保持大的极化强度,为改善SnTiO3的铁电光伏特性提供了一种有效手段.     

Cr:KNSBN光折变晶体的非线性特性

实验利用非同时读出的方法,采用两波耦合实验装置,研究了e偏振光写入情况下,Cr:KNSBN光折变晶体两波耦合写入体光栅的衍射效率与响应时间随写入光各参数的变化关系,并对实验结果进行了理论模拟.结果表明,当写入光夹角在10°~25°范围内时,衍射效率达20%以上;在写入光总光强为0.04 W/cm2,写入光光强比为0.33,两束光夹角为12°时,响应时间为5.3 s.     

F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3的铁磁性和电子结构第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3(T-BiFeO3)的铁磁性和电子结构.基于T-BiFeO3的四种磁结构,本文计算了两种可能的掺杂位置,确定了最稳定的T-BiFeO3-x Fx结构.研究发现,不同F的浓度对T-BiFeO3的总磁矩影响不同,当掺杂为T-BiFeO2.75 F0.25时,其总磁矩最大,为2μB.进一步分析发现,T-BiFeO3-x Fx的总磁矩主要来源于F原子及其最近邻的Fe原子.电子结构分析表明,费米能级附近的杂质态主要是掺杂后Fe 3d轨道和O 2p轨道向高能级移动而形成的.另外,T-BiFeO2.75 F0.25具有比较大的极化强度.     

写入光偏振态对Ce:KNSBN晶体衍射特性的影响

采用非同时读出条件下晶体两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,通过改变抽运光偏振方向和品体c轴的夹角φ.系统记录了不同φ角下的抽运光透射光强I',随时间的变化情况.实验结果表明,当φ≤30°时,基本没有光扇效应;实验研究了正交偏振光写入下Ce:KNSBN晶体的两波耦合动态过程,并与e光写入下两波耦合动态过程进行了比较,发现正交偏振光写入时光扇噪声得到了明显抑制,在相同的写入参量条件下光栅的衍射效率明显提高.     

入射光参量对Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的影响

采用非同时读出条件下晶体两波耦合实验装置,研究了入射光强度及光入射角对Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的影响.结果表明,光扇效应存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2.对应相同的入射光强度,光入射角θ为15°时稳态光扇强度Ifsat最强,如:入射光强度为38.2 mW/cm2时,Ifsat最大为0.7 mW/cm2;入射光强度为57.3 mW/cm2时,Ifsat最大为1.8 mW/cm2.     

Cr:KNSBN晶体两波耦合及其图像存储

本文以He-Ne 632.8nm激光为写入光,在非同时读出条件下,实验研究了e偏振光写入Cr:KNSBN晶体两波耦合过程中信号光和泵浦光的透射光强随时间的变化,以及单束泵浦光的透射光强随时间的变化,实验结果表明,泵浦光损失的能量几乎全部转移到了信号光方向,基本不存在散射光;并以二值化图像作为物在晶体内进行了图像存储实验,其再现图像清晰,信噪比高,没有观察到扇形光的影响.     

全钙钛矿La0.5Sr0.5CoO3/PbZr0.53Ti0.47O3/La0.5Sr0.5CoO3异质结的结构与性能

应用射频磁控溅射法在SrTiO3(STO)基片上制备了全钙钛矿结构La0.5Sr0.5CoO3/PbZr0.53Ti0.47O3/ La0.5Sr0.5CoO3(LSCO/PZT/LSCO)电容器异质结,并进行了结构和性能的表征.X射线衍射(XRD)的研究表明,LSCO/PZT/LSCO异质结在SrTiO3(STO)基片上为外延生长.对该电容器铁电性能的研究发现,在5 V驱动电压下,电滞回线饱和趋势良好,矫顽场电压为1.8 V和剩余极化强度为21.5×10-6 C/cm2,漏电流为8.9×10-8 A/cm2.实验还证实该电容器具有良好的脉冲宽度依赖性及抗疲劳特性.     

氧原子在Al(111)表面扩散的第一性原理研究

为了研究氧在Al(111)表面的扩散机制,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氧原子在A1(111)表面的外表面和间隙位置的扩散.本研究计算了氧原子在Al原子层的相同间隙层和不同间隙层的扩散势垒,结果发现:氧原子由八面体位置向四面体位置(包括表面hcp位置向fcc位置)扩散时,同层之间的扩散比层间的扩散势垒要小;表面向内层的扩散过程中,由fcc位置向四面体位置扩算要比由hcp位置向八面体位置扩散容易;讨论了由表面向内层扩散的可能路径.