关键词： 北京大学   凝聚态物理   博士后   材料科学   招聘启事   量子  

摘要： 北京大学量子材料科学中心(ICQM,http://***/)是直属于北京大学的一个新型教学与科研机构,成立于2010年1月。中心以北京大学深厚学术底蕴和多学科综合优势为依托,打造一个适合于凝聚态物理和材料科学基础研究的开放型学术平台。中心致力于创造良好的学术研究环境,通过广泛的国际/国内,校际/校内合作,吸引一批国际一流的科学家、富有潜力的中青年科学工作者、年轻的博士后和学生,让他们在这

关键词： InGaN/GaN多量子阱   垒厚   载流子输运及复合  

摘要： GaN基半导体是宽禁带、直接带隙材料,具有优异的光电特性和稳定的化学性能,已被广泛的应用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及光电探测器等光电子器件。目前,GaN基蓝光和绿光LED已经在信号灯、大屏幕显示、景观照明等领域实现了大规模应用,基于蓝光LED的高亮度白光LED已成为继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明光源,GaN基蓝紫光LD已被广泛应用于高密度光存储、激光医疗以及科学测量等领域。作为GaN基光电子器件的核心部分,InGaN/GaN多量子阱有源区也因此成为了当前半导体光电子领域的研究热点。围绕InGaN/GaN多量子阱的材料生长和物理特性研究,各国科研工作者进行了大量的研究工作。目前,InGaN/GaN多量子阱的材料质量和发光效率已经得到了较大的提高,然而对于InGaN/GaN多量子阱物理特性的研究却相对滞后,尤其是对于其高效发光的物理机制目前仍存在着极大的争议。 为揭示InGaN/GaN多量子阱的发光机制,本文围绕InGaN/GaN多量子阱的材料生长、结构表征以及光学测量进行了系统的研究,并重点对InGaN/GaN多量子阱中载流子输运和复合这两个关键物理过程进行了分析。本文的主要研究内容和结果如下： 1.生长了不同垒层结构的InGaN/GaN多量子阱材料,并利用高分辨率X射线衍射(XRD)和横截面透射电子显微镜(TEM)技术对其微结构特性进行了表征。XRD测量结果显示,样品的衍射曲线可观察到明显的GaN的衍射主峰以及InGaN量子阱的多级衍射卫星峰,表明量子阱具有陡峭的界面以及周期性结构。TEM照片结果显示,InGaN/GaN多量子阱区域的阱和垒之间界面清晰,并且整个量子阱区域周期性良好。 2.利用变温光致发光技术对不同垒层结构的InGaN/GaN多量子阱样品进行了测量,结果显示,样品发光峰位随温度升高呈S型变化趋势,并且随着垒厚的增加,S型变化中由蓝移到红移的拐点温度逐渐升高。这些结果表明,InGaN/GaN多量子阱中存在着大量不同组分In团簇形成的局域态,且随着垒厚的增加,量子阱中富In团簇形成的局域势阱逐渐变深。 3.对不同垒厚的InGaN/GaN多量子阱样品的变温光致发光特性进行了研究,结果显示,随着温度升高,三个样品的光致发光均发生热淬灭效应。这种热淬灭主要由两种非辐射复合过程造成的：第一种是由于深局域的载流子被激发到局域势阱以外造成的,第二种则与浅局域的载流子热激发有关。Arrhenius以合结果表明,随着垒厚的增加,量子阱中的富In团簇形成的局域势阱变深。其根本原因是垒的生长过程中阱中富In团簇的重新分布,即低In组分的团簇随着垒的生长可能凝聚成了高In组分的团簇。 4.优化了ITO的生长工艺参数,得到了低阻、高透光率ITO电流扩展层,制作了电致发光(EL)器件。对不同垒厚InGaN/GaN多量子阱样品的电致发光特性进行了详细测量。结果显示,相同注入条件下,垒薄的样品EL强度更大。这是由于垒薄样品的量子阱之间有较强的耦合效应,空穴在量子阱中隧穿的几率大大增加,载流子在整个有源区中分布更加均匀,由载流子分布不均引起的电子泄漏大幅度降低所致。此外,垒薄的样品相比于垒厚的样品InGaN阱层中的位错密度低,在相同的注入电流情况下,垒薄的样品可以限制住更多的载流子不被非辐射复合中心捕获,进而提高了载流子的辐射复合效率。 5.综合PL和EL测量结果,对InGaN/GaN多量子阱中载流子输运以及复合特性进行了分析。结果表明：(1)较薄的垒层可以改善载流子在量子阱中的输运,使量子阱之间具有较均匀的载流子分布,这对于在大电流密度下工作的器件是非常有利的。(2)载流子复合过程主要与阱中富In团簇及其周围的位错相关,位错所形成的非辐射复合中心对样品发光具有淬灭作用,而富In团簇的局域效应可将载流子局域在团簇内部,避免被位错所形成的非辐射复合中心捕获,从而增加载流子的辐射复合效率。多量子阱中的载流子复合过程是这两种效应的综合作用结果。

关键词： 六角晶格   拉伸   导热性能   自旋输运   层间偏压   自旋轨道耦合   拓扑量子相变   Berry相位   Andreev反射  

摘要： 自2004年Novesolov和Geim等人首次使用机械剥离法成功制备出碳单层以来,二维六角晶格材料迅速成为探索凝聚态物质中新奇物理现象及其规律的热点研究对象,实验和理论方面的突破和进展层出不穷。由于这种晶体结构简单,物理性质丰富,并且在很多方面都具有潜在的应用价值,因此极大地推动了凝聚态物理学和材料科学等领域的发展。本博士论文的主要研究对象包括二维六角晶格碳和硼氮单层和双层*,其中自然状态下的碳单层或双层是由碳碳键构成的非极性晶体,而硼氮单层和双层是由硼氮键构成的极性晶体。 我们研究的主要问题是外场调控下二维六角晶格碳和硼氮单层或双层的能谱性质、量子输运及拓扑相变。研究的主要内容包括拉伸应力场调控下碳单层纳米条带的声子能谱和导热性能,纵向电场驱动下弯曲碳单层纳米条带的自旋输运性质,层间偏压调制下硼氮双层结构的拓扑量子相变,Bernal堆积的极性硼氮双层晶体中层间电场诱导的带隙和Landau能级的变化,以及Rashba自旋轨道耦合驱动下碳单层和双层逆转的Berry相位和调制的Andreev反射等。在这类二维系统中,我们发现了许多新奇的物理性质,也得到一些实验和应用上有用的重要结论,进一步丰富和推进了相关领域的研究。本文具体安排如下： 在第一章中,我们介绍典型二维六角晶格材料的实空间结构、能带结构及基本的输运现象与新奇的性质；其中穿插介绍用来研究这类材料时处理不同问题的理论模型,紧束缚近似模型和Hubbard模型等；然后,我们将简单说明处理相关问题的有效方法。 在第二章中,考虑到目前纳米电子器件散热过程对纳米材料高导热性能的需要,我们在弹道输运框架内来探讨如何提高碳单层导热性质的问题。我们把弹性理论和Green函数理论结合起来,通过在导热方向上对碳单层纳米结构进行拉伸,发现低频声子模式态密度会增加,导致贡献热导比重较大的低频声子数目增多,进而使得导热性能得到有效地提高。这一重要结论并不依赖于碳单层纳米条带的边界形状,即锯齿型或是扶手椅型。 在第三章中,基于碳单层纳米条带的磁性质强烈依赖于边界形状,我们利用非平衡Green函数方法,研究电场驱动下弯曲纳米条带构成的源漏极场效应管装置中电子的自旋输运问题。在这个Hubbard模型描述的两终端装置中,源极是具有锯齿型边界的磁性电极,而漏极则是具有扶手椅型边界的普通金属电极。我们的自洽计算结果表明,由于这种装置中间结区存在磁畴从而会导致出现强的双极型自旋整流效应。通过分析源漏极之间输运模式的对称性匹配,我们进一步探讨了此装置应用于双极型自旋二极管的条件。 在第四章中,我们研究硼氮双层结构中拓扑量子相变的实现问题。我们发现,通过加一层间偏压,带隙会显著降低。进一步通过外加重原子吸附提供的内禀的以及Rashba自旋轨道耦合作用,我们发现,是否出现拓扑绝缘相强烈地依赖于层间堆积方式。对于具有空间反演对称性的AA堆积的结构,可以通过控制层间偏压实现拓扑相变的有效控制,同时我们解析地给出了相界。对于空间反演非对称性的AB堆积的结构,结果表明无论自旋轨道耦合作用有多强,偏压有多大,都不可能出现拓扑绝缘体相。我们还对硼氮双层与碳双层作了一个比较研究,发现后者显著不同于前者：具有反演对称性AB堆积的碳双层在层间偏压和Rashba自旋轨道耦合的作用下出现强拓扑相,内禀的自旋轨道耦合作用会抑制强拓扑相的出现；具有反演和镜面双重对称性的AA堆积的碳双层不可能出现强拓扑相。 在第五章中,我们研究层间偏压调控下Bernal堆积的极性硼氮双层晶体中能带结构和Landau能级的变化。通过具体分析层间偏压驱动的能带密度变化和电荷转移过程,我们发现在两个反向的层间偏压下带隙和Landau能级会发生非对称性的变化。当层间偏压为某一方向时,随着偏压增大系统会从普通绝缘体过渡到半金属相,然后又会回到普通绝缘体；但是,在反向偏压下,系统始终是半导体。在有磁场存在的条件下,两种相反方向偏压下的Landau能级也会不同。进一步考虑边界效应的影响,我们发现色散的边态存在于某一方向偏压下的体带隙中,而在反偏压方向下并不出现。 在第六章中,我们证明Rashba自旋轨道耦合可以驱动碳单层和双层发生Berry相位上的非平庸的改变,对于碳单层来说会从π变化到2π,而对于碳双层来说会从2π变化到π。这种Berry相位的逆转会导致正常导体-超导体结上发生反常的电子-空穴转换：镜面Andreev反射在碳单层中会显著降低,而在碳双层中会明显增强。另外一个反常的结果就是自旋翻转的电子反射会发生,这是由Rashba自旋轨道耦合引起的等能面上的自旋螺旋结构导致的。一个电学上可测量的结果是,亚带隙微分电导因Rashba自旋轨道耦合的驱动在碳单层上会受到明显的抑制,而在碳双层上会有显著的增强,这是由Berry相位决定的入

关键词： 多铁性   磁电耦合   异质界面   畴结构   纳米结构   衍生现象  

摘要： 在过去的十余年时间里,多铁材料所蕴含的丰富多彩的物理特性以及广泛的应用前景引起了人们的广泛关注。其中模型室温多铁材料BiFeO3(BFO)因其卓越的铁电特性以及所伴随的室温反铁磁特性而成为多铁领域的明星材料,受到凝聚态物理以及材料科学家的格外青睐。研究人员围绕着BFO的结构、铁电、磁学以及磁电耦合等特性开展了一系列开创性的研究。而BFO也成为了进行受限尺度量子调控研究的模型体系,形成了异质界面、畴壁、相界以及纳米结构等多种超结构体系。本文将着重介绍由多铁性材料BFO所构成的这一系列丰富多彩的超结构体系中,因为量子受限作用所表现出的衍生现象以及功能特性。在着重介绍BFO超结构的磁电耦合特性的同时,本文还将介绍该系列超结构所体现出的输运、光电、压电等功能特性。文章最后,笔者还将就多铁性材料超结构领域的研究前景进行展望。

关键词： 化学腐蚀   碳化硅量子点   光致发光   活体细胞标记   出芽短梗霉菌  

摘要： 以硝酸和氢氟酸为腐蚀液对自蔓延燃烧合成的纳米均质碳化硅颗粒进行腐蚀，而后进行超声空化破碎分散及高速离心处理，获得无细胞毒性的碳化硅量子点标记材料，对其微观结构的演变过程及光学性能进行检测，对出芽短梗霉菌（Aureobasidium pulluans）活体细胞进行标记并长时程荧光成像。结果表明，自蔓延合成的SiC粉体颗粒极易腐蚀成网格状镂空结构，超声空化破碎及高速离心层析剪裁后获得尺寸高度单分散的碳化硅量子点（约为1～2.5nm），小于体材料的激子Bohr直径（5.4nm），会产生强烈的光致发光效应。活体细胞标记及荧光成像结果表明，腐蚀法制备出的碳化硅最子点具有较高的生物相容性，同时对其标记及长时程荧光成像原理进行了初步探讨。

关键词： 量子点   荧光   制备   应用  

摘要： 由于量子点的量子尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等,具有优良的可见光区荧光发射性质,且激发谱连续分布、荧光峰位和峰强可调。近些年,随着量子点制备技术的不断提高,量子点在生物、医学研究中展现出极大的应用前景。本文着重对量子点材料的制备方法进行综合比较,并对量子点材料的应用进行分析和展望。

关键词： 量子网络   折射率   非线性   材料   基础   《科学》杂志   量子计算机   国家实验室  

摘要： 美国劳伦斯伯克利国家实验室张翔（音译）领导研究团队在近日出版的《科学》杂志撰文称．他们制造出了全球首块非线性零折射率超材料．通过这种材料的光在各个方向都会得到增强．有望为量子计算机快速提供多方向的光源．也可为量子网络提供相互纠缠的光子．从而大大促进量子网络的发展。

关键词： 量子耗散   量子输运   开放体系   体系-环境相干  

摘要： 级联运动方程组方法已成为研究量子开放体系性质和动力学的重要方法.本文介绍了该方法的建立与发展,阐述了其在基础理论、数值算法、实际应用等方面的最新进展.级联运动方程具有理论严格性、数值高效性、应用灵活性.它以非微扰的方式揭示了多体相互作用、体系-环境耦合、非马尔可夫记忆效应等的综合影响.最近研究还证明了级联运动方程是描述体系-环境关联动力学的理论.本文继而讨论了级联方程组理论方法在生物体系的光激发能量传递和强关联电子体系中的量子输运等方面的应用.

关键词： 量子点-聚合物纳米复合材料   制备方法   聚合物基底  

摘要： 量子点-聚合物纳米复合材料在光致或电致发光器件、太阳能电池等方面都有优异的表现。这些材料的性能依赖于制备方法及聚合物基底的选择。综述了近几年来国内外制备量子点-聚合物纳米复合材料的几种工艺,介绍了几种常见的聚合物基底及其相应的量子点-聚合物纳米复合材料,并给出量子点-聚合物纳米复合材料在QD-LED、太阳能电池等应用领域的研究进展,最后探讨了目前存在的问题以及今后的研究方向。

关键词： 量子点   复合材料   退火温度   转换效率  

摘要： 利用原位缩合法制备了聚(2-甲氧基-5辛氧基)对苯乙炔(MOPPV)-ZnSe量子点复合材料,通过对复合材料的X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等研究,发现聚合物MOPPV与ZnSe量子点以包覆形式有效地复合在一起,复合材料中ZnSe量子点结晶性良好,尺寸约为4 nm;且两者之间发生光诱导电荷转移,复合材料随着退火温度的升高,其吸收光谱范围发生红移。通过对MOPPV-ZnSe复合材料光电性能的研究发现,复合材料光电性能随着退火温度的升高逐渐表现出明显的二极管特性,转换效率出现先增大后减小的趋势,且在160℃时转换效率达到最大为0.3726%。