关键词： 硅烯   Weyl半金属   手征异常   磁阻   能带倾斜  

摘要： 1928年,Dirac提出描述自旋为1/2的费米子的波动方程。用此Dirac方程来描述布里渊区某些点周围的低能激发。石墨烯便是属于此Dirac材料体系。由于石墨烯的弱自旋轨道相互作用,使得人们通过外延生长的方法制备出石墨烯的类似物硅烯。硅烯的强自旋轨道耦合使得它出现了很多吸引人的特性,如:量子自旋霍尔效应,巨磁阻效应等等。在外加电场和交换场存在下,硅烯可以产生各种可调的量子效应。这些特性使硅烯成为下一代纳米电子学的优秀材料。1929年Weyl发现,当Dirac方程中的质量为零时,该方程就变成了Weyl方程。可以用Weyl方程来描述有些凝聚态体系中的低能激发行为的材料叫做Weyl半金属。Weyl半金属中导带和价带相接触的点叫做Weyl点,Weyl点必须要成对出现,是拓扑稳定的。Weyl费米子的拓扑保护性,预计可用来实现拓扑量子计算的高容错问题。本文基于硅烯和Weyl半金属中新奇的物理性质,我们探索了他们的电子输运特性。具体内容安排如下:第一章主要介绍了硅烯和Weyl半金属的基本性质以及实验发现。第二章介绍了研究硅烯和Weyl半金属电子输运性质用到的理论方法,包括狄拉克电子体系的量子隧穿、转移矩阵、Landauer-buttiker公式。第三章研究了在铁磁硅烯中速度势垒对自旋和谷相关输运性质的影响。在正常/铁磁/正常硅烯结构中,中间区域存在速度势垒,我们理论上计算了体系的透射率。数值计算出电子透射率在不同的速度势垒下遂穿电流效果。发现了透射率对速度势垒大小非常敏感。同时,在三个区域中A、B子格的电势差相同时,我们数值计算了电导和极化在不同速度势垒下作为中间区域宽度的函数。发现了当速度势垒满足相应条件时,一个小的速度调制便可抑制电导。当三个区域中A、B子格的电势差不同时,我们同样计算了电导和极化在不同速度势垒下作为中间区域宽度的函数,结果和前面的现象有所差异。第四章研究了在Weyl半金属中存在能带倾斜的磁输运。在Dirac/Weyl/Dirac结构中,中间区域施加磁场,将在三个区域出现能带倾斜。我们在理论上计算出体系的透射率。数值计算了在不同的倾斜强度和磁场强度下电子透射率和电导将发生变化。发现了透射率的大小和倾斜强度和磁场强度均存在关系。第五章对论文进行简要总结,对未来的研究发展进行展望。

关键词： 量子阱激光器   AlGaInP材料   MOCVD技术   Mg掺杂   低温光致发光谱  

摘要： 虽然国内的红光半导体激光器早已实现商品化，但研制的红光激光器波长多集中在大于655 nm的红光波段，主要面向数据存储、娱乐指示、生物医学等应用领域。近年来随着激光显示技术的快速发展，短波长红光激光器芯片的需求日益增多。张应变GaInP量子阱结构是实现短波长红光的关键，而国内在此领域的研究报道很少，因此有关张应变GaInP量子阱激光器的研究愈发重要。　　本论文首先理论分析了不同应变GaInP的材料特性，在此基础上模拟计算了GaInP组分和应变、量子阱厚度、量子垒厚度、上波导层厚度、P型限制层厚度及掺杂浓度等重要参数对激光器性能的影响规律。结果表明且当量子阱组分为Ga0.575In0.425P，厚度为9 nm，量子垒组分为(Al0.59Ga0.41)0.52In0.48，厚度为9 nm，波导层组分为(Al0.59Ga0.41)0.52In0.48P，厚度为120 nm，P型限制层组分为Al0.51In0.49P，厚度为1000 nm时，相同器件结构下激光器的阈值电流最小，斜率效率最高，激射波长符合激光显示要求的642 nm波长要求。　　由于P型AlInP限制层的掺杂浓度对器件特性影响较大，实验中研究了不同Cp2Mg掺杂源流量对张应变GaInP量子阱半导体激光器外延结构中P-AlInP限制层的掺杂影响，Cp2Mg流量选取为6 sccm-80 sccm。测试结果表明过低和过高的Cp2Mg流量均会导致P-AlInP限制层的掺杂浓度降低，当Cp2Mg流量为20 sccm时，P-AlInP限制层可获得的空穴浓度为1.17×1018 cm-3，样品经过550℃，N2气氛中热退火5分钟后，空穴浓度可达2.92×1018 cm-3，为现有报道的最高P-AlInP掺杂浓度。此外，实验发现Mg重掺杂时，GaInP渐变势垒层的负失配会向正失配方向移动;张应变GaInP量子阱的PL峰值光强会由于大的张应变引起的品格缺陷的增加而减弱。　　对于MOCVD生长的张应变GaInP量子阱红光激光器完整结构，进行低能氦离子注入后通过快速热退火来诱导量子阱混杂，并对两种样品分别测试了室温PL谱和变温PL谱。室温PL测试表明只进行退火和只进行N离子注入过程对原始晶片的发光波长影响很小，但对其进行快速热退火来诱导量子阱混杂后，则发现随退火时间的增加，发光峰的位置值逐渐蓝移，最大蓝移23.5 nm。变温PL测试表明，虽然不同样品的室温PL特性类似，但低温和变温条件下的PL谱特性差别较大，低温PL谱既有单峰，也有双峰，分析认为双峰中的短波长发光峰为本征激子的复合，长波长的发光峰是由于有序区域中的电子与无序区域中的空穴复合引起。

关键词： ZnO纳米棒   化学浴沉积法   微波辅助气相沉积法   光电转换效率   太阳能电池  

摘要： 量子点敏化太阳能电池(quantum dot sensitized solar cell,QDSSC)具有制备简单、成本低廉、理论转化效率高等优点,被认为是极具潜力的光电转换器件。具有一维有序结构的ZnO纳米棒可以提供直接的电子传输通道,有利于电子在纳米材料中的传输。把ZnO纳米阵列应用于QDSSC,有望可以进一步提高其光电转换效率。本论文的主要工作:(1)在FTO玻璃基底表面制备ZnO纳米棒阵列,并通过改变ZnO纳米棒的生长时间得到不同长度的纳米棒阵列,增大量子点的沉积面积。同时探索不同长度的ZnO纳米棒阵列应用于CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池对电池光电转换效率的影响;(2)通过微波辅助气相沉积法在FTO透明导电基底表面制备硫化铜/硒化铜对电极,并将这种对电极应用于QDSSC。主要研究成果如下:1、采用水浴法在FTO透明导电基底表面制备ZnO纳米棒阵列,通过改变ZnO的生长时间得到不同长度的纳米棒阵列。系统的考察了不同生长长度的ZnO纳米棒的形貌以及CdS/CdSe量子点敏化ZnO纳米棒作为光阳极对电池光电转换效率的影响。从而得到生长时间为2 h的ZnO纳米棒(5.4μm)具有最好的电子传输能力。同时,还研究了分别采用连续离子层吸附与反应法,化学浴沉积法在生长时间为2 h的纳米棒上沉积CdS(6次)以及CdSe(4 h)量子点对器件光电转换效率的影响。制备的CdS(6次)/CdSe(4h)量子点共敏化ZnO纳米棒(2 h)作为光阳极,铂电极作为对电极的太阳能电池器件获得了2.33%的光电转换效率。2、采用微波辅助气相沉积法在FTO透明导电基底表面制备了硫化铜/硒化铜薄膜。通过改变硫化铜在反应溶液中沉积的时间,得到不同厚度的硫化铜薄膜。硫化铜纳米片在FTO基底上沿着直径的方向相互交错,增大了膜层的比表面积,从而增大了电解液与对电极的接触面积。同样采用CdS(6次)/CdSe(4 h)量子点共敏化ZnO纳米棒(2 h)作为光阳极,制备的硫化铜作为对电极,制备的太阳能电池器件在一个太阳光照射下得到光电转换效率为4.46%。这比基于铂对电极的QDSSC光电转化效率提高了91%。除此之外,研究者也系统研究了硒化铜作为对电极的一系列性能,最终得到2.07%的光电转换效率。

关键词： 温差电效应   人工分子磁体   量子输运  

摘要： 文章研究人工分子磁体中的塞贝克效应,发现人工分子磁体可以产生温差电流,且其铁磁态和反铁磁态的竞争导致正向电流和反向电流的叠加或抵消,进而产生非线性电流效应。温差电流随分子轨道能级变化展现出台阶现象。塞贝克系数在双通道时表现为反对称结构。这些结果源于正向、反向电流的竞争。

关键词： 碳量子点   二氧化钛   溴氧铋   光催化   宽光谱响应  

摘要： 半导体光催化技术是人类应对能源短缺和环境污染的重要方式之一,但大部分传统的半导体材料仅可吸收紫外光和一部分可见光,对光谱的利用范围十分有限,因此研究新型具有宽光谱响应范围的半导体光催化剂意义重大。碳量子点（CQDs）是具有准球形结构、可以稳定发光的一种新型零维纳米碳材料,由于其独特的上转换荧光性能,在长波长光的激发下可以发射出短波长光,使得CQDs在设计宽光谱响应的半导体复合催化剂方面有很好的应用前景。因此,本论文将具有独特上转换荧光性能的CQDs与光催化剂形成复合物,制备出宽光谱响应的CQDs复合材料,主要研究内容如下:（1）通过超声法制备了CQDs/TiO2复合光催化材料,采用XRD、FT-IR、HRTEM、DRS等手段对复合光催化材料的组成、结构和光学特性进行了表征。结果表明CQDs可以成功负载到TiO2表面,并使催化剂的吸收带边产生红移。以罗丹明B（RhB）为目标降解物,模拟太阳光和LED单色光为光源,考察了不同CQDs负载量对TiO2光催化性能的影响,结果表明CQDs/TiO2在模拟太阳光下展现出出色的光催化活性,当CQDs浓度为1.5 mg/mL时光催化降解效率达到最佳,研究还发现所制备的CQDs/TiO2复合材料对光谱的可利用范围大大增宽,甚至在850 nm波长光照下依然可以发挥光催化作用。进一步对样品进行荧光及瞬态光电流表征,结果表明CQDs/TiO2的宽光谱响应主要来源于CQDs的上转换荧光性质。（2）以Bi（NO3）3·5H2O为Bi源,乙二醇为溶剂,通过温和的醇溶水解法制备I-BiOBr/CQDs复合材料,采用XRD、FT-IR、XPS、SEM、HRTEM等手段对复合光催化材料的组成、结构和形貌进行了表征。结果表明碘离子修饰在Bi OBr表面,CQDs可以成功负载到I-BiOBr表面,所合成的I-BiOBr/CQD复合材料为片状结构。通过降解甲基橙（MO）来测试制备样品的光催化性能,在可见光下表现出良好的光催化活性,并发现I-BiOBr/CQDs复合材料对光谱的可利用范围大大增强,在850 nm波长光照下依然可以发挥光催化作用。通过PL测试CQDs的荧光性能,发现其具有上转换荧光效应,可以在长波长光的激发下（500～1000 nm）,发射出具有更短波长的光（350～550 nm）;DRS和Mott-Schottky测试表明碘离子修饰可以通过提高BiOBr的价带位置来调节其能带结构,从而更好地与CQDs的上转换发光波长范围相匹配。进一步对光催化机理进行分析发现I-BiOBr/CQDs优良的光催化性能来源于碘离子修饰作用和CQDs的上转换荧光性能。

关键词： 有机分子结   石墨烯纳米电极   输运衰减规律   衰减因子   第一性原理计算  

摘要： 以前普遍认为,电子通过分子结的非共振的隧穿指数衰减主要取决于分子本身的性质及分子与电极之间的接触方式。本学位论文采用基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理计算,分别研究了AGNR,ZGNR以及手征性边缘石墨烯纳米条带作为电极间、不同长度低聚苯分子的输运特性。结果发现,通过ZGNR电极分子结的电流达到了 μA,且在低偏压下I-V呈现一个凸面弧形,而在同样偏压范围内相应金电极分子结的I-V曲线却表现为明显的线性关系。有趣的是,当电极被相同宽度的AGNR替代并将分子与AGNR的第六条链相连时,电流下降到pA级;而连接到第四条链时,电流上升到nA级。最后,手征性电极分子结的电流随手征边缘的变化为不同的数量级,但与AGNR电极分子结的性质类似。尽管如此,在半指数坐标系中对于所有类型电极分子结的电阻随分子长度变化的关系都呈直线,但有不同的斜率。所以,虽然分子结输运遵从指数定律本身不依赖于电极,我们发现分子结输运指数衰减系数大小不仅取决于电极材料的性质,还敏感的依赖于电极与分子耦合的形态与方式。全文共分为四章,第一章,主要介绍了石墨烯材料的发现及其发展历程。然后对石墨烯及其条带的主要物理性质以及相关的实验与理论方面的研究进展进行了一个详细的概述。在最后,对本学位论文的主要内容、研究背景和研究意义进行了一个详细的说明。第二章,对分子电子学器件输运计算的方法和原理进行了一个详细的介绍,在本章未还对相关的几个比较主流的计算软件包做了一个简单的介绍。第三章,运用基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法,系统研究了低聚苯分子在新型低维纳米材料石墨烯电极分子结中的电阻指数衰减规律。本章分别探究了低聚苯分子在关于ZGNR、AGNR、(1,2)GNR和(4,1)GNR电极分子结中的衰减因子大小及其变化。提出衰减因子β不仅与分子本身的固有性质和分子结的内部配置有关,β也涉及到电极材料的性质;分子器件的电荷传输特性被分子-电极之间的接触控制而不是分子本身控制这些结论。重点分析了衰减因子变化的物理机制。第四章,首先对本文的研究方法、研究内容以及研究结论进行一个概括性的总结,然后提出了对后续工作的展望。

关键词： 中学教师   教师专业发展   现状   问题   对策  

摘要： 据英国《独立报》近日报道,美国莱斯大学和奥地利维也纳技术大学的研究人员联合研制出一种全新的材料——"外尔—近藤半金属"(Weyl-Kondo?semimetal),其属于量子材料这一物质类别,可用于量子计算等领域。量子材料拥有一些很"诡异"的属性,有些属性或许可在未来的技术创新包括量子计算等领域"大展拳脚",不过,研究人

关键词： 拓扑绝缘体   狄拉克半金属   横向异质结   量子输运   角分辨光电子能谱  

摘要： 凝聚态中的拓扑物态是一种对物质形态的全新分类方式。这一新概念是近十年来在凝聚态物理和材料科学领域的热点话题。人们基于这一概念发现了多种拓扑材料,如拓扑绝缘体和拓扑半金属等等。在这些材料中,存在着奇异的准粒子激发行为,也充满了各种新奇的物理现象。丰富多样的拓扑材料不仅为基础物理研究提供了绝佳的实验平台,在未来电子工业和量子计算领域也有着诱人的应用前景。从三维拓扑绝缘体发现至今,已有十年的时间,这期间拓扑材料在凝聚态物理与材料科学领域取得了空前的巨大发展。经过对该领域的不断探索,目前拓扑材料的发展十分迅速,研究方向也逐步走向成熟。未来拓扑材料领域将会朝着两个主要的方向进行发展:一方面基于现有拓扑材料进行物性的研究与器件开发,特别是针对Bi2Se3家族拓扑绝缘体的研究尤为深入;另一方面不断发现新型拓扑相,不断完善和优化拓扑材料家族体系。本文的研究成果在这两个方面均有所涉及,主要包括以下几个部分:(1)通过两步溶剂热合成了由两种拓扑绝缘体Bi2Te3、Sb2Te3构成的横向同心异质结构。通过X射线衍射、EDS mapping、高分辨透射电镜、原子力显微镜等多种表征手段,证明了其横向同心异质结的构型,且内外区域厚度一致,均为10-20纳米。两种材料结晶性良好,界面是晶格匹配的外延生长,在纳米尺度下尖锐分明,完美光滑。进一步通过微加工工艺,将横向异质结制成两电极器件,测量了低温电输运性质。通过在低温下的整流效应,揭示了在异质结界面处约3 meV的势垒,进而给出了异质结体系的能带构型。此外,我们通过分析低温磁电阻输运中的弱反局域化效应,揭示了异质结中拓扑表面态的输运贡献。(2)对二类狄拉克半金属PdTe2进行单晶合成与物性测量。对于低温磁化测量中发现的量子振荡进行了细致的分析,在一套频率为8T的低频振荡模式中,发现了非平庸的Berry相位,理论计算指出量子振荡实验中的非平庸低频振荡模式来自由狄拉克锥倾斜而形成的空穴口袋,其截面大小约为0.077 11Inm-2。角分辨光电子能谱则展示了 PdTe2中沿着kz方向严重倾斜的二类狄拉克锥,狄拉克点位于费米面下方0.53eV。PdTe2还是超导转变温度约为1.91K的超导体,其各向异性的超导电性也被系统地研究。(3)针对PdTe2家族能带上的不足,我们提出了一种新型的二类狄拉克半金属Pt掺杂的IrTe2体系,其能带结构较PdTe2家族有了极大的优化。不同掺杂量的单晶样品通过助熔剂法成功合成。结合第一性原理计算与角分辨光电子能谱,该体系的能带结构被系统地研究。实验与理论计算高度吻合,证明了Ir1-xPtxTe2是一种理想的二类狄拉克半金属,且体系的费米面可以通过Pt的掺杂量在费米面附近进行调控。我们还发现在该体系中当费米面靠近狄拉克点时,样品会体现出超导电性。且当掺杂量x= 0.3时,样品费米面刚好位于狄拉克点,其超导电性仍然保持,超导转变温度约为0.15 K。该体系集二类狄拉克锥、费米面可调、超导电性于一身,有希望为二类狄拉克半金属的相关研究提供良好的材料平台,也为拓扑超导和马约纳拉费米子的相关研究提供了可能的道路。

关键词： 量子点复合物   表面调控   高量子产率   超高稳定性   透明导电电极  

摘要： 近年来,使用量子点作为发光材料被广泛地研究,并将其应用于固态照明及显示器件领域。量子点在使用中由于失去溶剂导致的量子产率和稳定性大幅下降,我们提出将量子点表面配体与高分子基体接枝的方法来解决。制备了蓝(CdS/ZnS)绿(CdSe@ZnS/ZnS)红(CdSe/CdS)三种量子点,将量子点与聚二甲基硅氧烷高分子复合,制成柔性光致发光器件。利用红外证明了量子点表面含有双键的有机配体与PDMS可以发生硅氢加成反应。发现适合的量子点纯化次数、反应中溶剂的量、反应温度及反应物的浓度提高了量子点的分散性,有利于量子点聚二甲基硅氧烷复合材料的荧光效率的提高,也有利于复合材料在光照、高温处理、不良溶剂等极端条件下的稳定性。以绿色量子点(CdSe@ZnS/ZnS)为例,最佳制备条件下,复合物的荧光量子产率高达82.03%,在室外放置60天,荧光强度几乎不变。最后,我们通过浇筑法制备了块体、膜、纤维和异形体等多种形状的复合物,将这类复合物与365 nm LED组装,制备了色纯度和稳定性都极佳的光致发光器件。生物相容性的柔性量子点电致发光器件有望用于光动力学治疗等领域,常用电极材料ITO-PET导电膜柔性较差,不耐弯折,制备工艺复杂,成本高。我们选择透光性好,具有优异的生物相容性,适用于多种加工方式的再生蚕丝丝素蛋白材料为基底,纳米银线作为导电材料,利用旋涂法制备了蚕丝蛋白-纳米银线导电膜。合成长度达100μm,宽度为100 nm的纳米银线,研究了旋涂速率和银线-乙醇分散液浓度对导电膜透光率和导电率的影响,发现0.4 mg/mL的银线浓度,3000 rpm的旋涂速率,30分钟等离子自焊接处理,银线薄膜在玻璃上的透光率可达85%,方阻为56Ω/sq的导电膜。将丝素蛋白滴加在导电薄膜上,通过干燥使得丝素蛋白将导电银线包埋,制得了在550 nm处透过率达到了 70.5%,方阻为65Ω/sq的导电膜。

关键词： 碳量子点   NCDs/BiOI   NCDs/Bi24O31Br10   荧光探针   抗生素   光催化  

摘要： 本论文围绕碳量子点的制备、性质及其应用等几个方面展开研究,论文的主要工作和结果如下:1、以爬山虎、冬青卫矛树叶和柠檬酸为碳源,采用一步水热法制备了氮掺杂碳量子点（NCDs）。通过XRD,TEM,XPS,FTIR,UV-Vis等方法分析了 NCDs的结构特性和光学性能。结果表明:NCDs表面N-H、C=O、C=C、C-N和O-H官能团的修饰,以及存在的表面缺陷使其具有很好的上转化荧光性能和水溶性,这是由于NCDs表面形成的N-H键可以与含氧基团连接导致的。根据分析结果,对NCDs的形成机理也进行了探讨。2、室温下通过超声辅助合成法制备了空心微球结构NCDs/BiOI复合材料,并对材料的结构、组成、形貌和光电化学性质进行了分析和表征。以罗丹明B（RhB）为降解目标物,对材料的光催化性能和影响因素进行了分析。结果表明:NCDs/BiOI复合材料比纯BiOI表现出更好的降解性能;NCDs对材料的光催化活性影响比较大。光催化性能提高的原因可以归纳为:NCDs的引入可以诱导形成具有组装空心微球结构的BiOI纳米片,增强吸收光谱,增大比表面积,提高光生电子对的分离效率。3、通过化学沉淀法和超声辅助法制备了新型NCDs/Bi24O31Br10超薄纳米片复合光催化剂。SEM结果显示Bi24O31Br10纳米片与NCDs紧密地复合在一起,通过控制NCDs的量可以调节复合材料的组成结构。在可见光照射下,材料对RhB的降解结果表明:所有NCDs/Bi24O31Br10复合材料的光催化活性均显着提高,2.0%NCDs/Bi24O31Br10样品表现出最好的降解性能,降解效率达到75%。复合材料优异的光催化性能归因于:NCDs的引入致使催化剂的光吸收能力增强,光生电子-空穴对的分离率和转移速度得到提高;参与降解实验的主要活性物质被推断为·O2-。4、以荷叶灰为原料,通过水热法制备氮、硫共掺杂碳量子点（N,S-CQDs）,建立了一种以N,S-CQDs为荧光探针检测司帕沙星、吗啉胍和链霉素的方法。在pH=7.00的缓冲溶液中,司帕沙星的物质的量浓度在0.05～0.3 μmol/L和2～10μmol/L范围内与N,S-CQDs荧光增强强度存在良好的线性关系,检出限为0.026 μmol/L。在pH=5.50的缓冲溶液中,吗啉胍的物质的量浓度在0.01～1 nmol/L范围内与N,S-CQDs荧光增强强度存在良好的线性关系,其检出限为0.004 nmol/L。在pH=5.80的缓冲溶液中,硫酸链霉素的物质的量浓度在0.1～10μmol/L范围内与N,S-CQDs荧光增强强度存在良好的线性关系,检出限为0.0193 μmol/L。