关键词： 米氏散射   PMMA   吸收截面   散射截面  

摘要： 根据米氏(Mie)散射理论,计算得到了常用光纤材料(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、SiO2)基底中的半导体CdSe,CdS和CdTe量子点的吸收截面和散射截面随波长的变化.归纳得到了一个简洁的吸收截面和散射截面的表达式.利用有效质量近似法,确定了与CdSe,CdS和CdTe量子点粒径相关的吸收峰波长.比较了吸收峰值波长处的吸收截面与实验测量值.结果表明,米氏散射理论和实验测量的吸收截面相当接近,米氏散射理论可很好地用来计算球形量子点的吸收截面和散射截面.

关键词： 异质结构   绝缘体   超导体   拓扑   电输运   量子输运   科学中心   凝聚态物理  

摘要： 拓扑绝缘体-超导体异质结构的输运特性研究已经成为凝聚态物理研究领域的热点之一,最近的一篇综述文章总结了该方向的实验进展,探讨了在这种异质结构中观测到马约喇纳费米子的可能性。 该篇文章名为《拓扑绝缘体异质结构中的量子输运——关于拓扑绝缘体和超导体的结合》，发表在《中国科学：物理学力学天文学》英文版2012年第12期上，

关键词： 多量子阱   分子束外延   中红外波段  

摘要： 采用分子束外延外延生长技术,优化InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱点材料的生长速率、生长温度和束流比等生长参数,获得了高质量的多量子阱材料。室温光荧光谱表明,材料的发光波长为2.0μm左右。该结果表明,通过优化生长条件和结构参数制备的量子阱材料,可以获得良好的结构质量和光学特性。所制备的器件室温条件下输出功率22mW,阈值电流300mA。

关键词： 量子点环   AB干涉器   库仑相互作用   Fano共振   量子干涉  

摘要： 采用Anderson模型哈密顿量和非平衡态格林函数方法,研究多体效应存在时4-量子点环AB干涉器结构中电子的输运性质。结果发现,由于多体效应能有效地调制电子隧穿的各费曼路径的相位,因而影响体系中电子隧穿的量子干涉,对体系的退耦合现象、反共振现象及Fano共振均有重要影响。

关键词： Andreev反射   隧穿电导   格林函数   自旋轨道耦合   自旋极化电子   超导异质结   量子输运   物性探测  

摘要： 为了揭示电子自旋效应在新功能材料中的特性以及其在探测材料物性上的新奇量子效应，本文对自旋极化电子的输运性质进行了细致的分析和研究。首先我研究含自旋轨道耦合的二维电子气的输运性质，指出由于自旋能带按螺旋度极化并在动量空间劈裂，使得在低密度和强耦合极限下，二维电子气会出现单螺旋度占据的情况。电子由双螺旋度占据到单螺旋度占据转变时，电子态密度由二维变到一维。研究发现此时在不同强度的两个二维电子气连接界面，可以存在类似光子晶体的反常背散射与负折射现象。类似地，在超导/二维电子气中，我研究发现费米面处于能带交叉点处时，会出现反常的镜面Andreev反射现象，对于能隙内的小角度入射电子，该反射具有接近于1的高转化率。这是除石墨烯外又一从理论上预言了存在镜面Andreev反射。通过对散射态的射线方程分析和分类，给出了发生反常散射的条件，计算了相应的通量占入射通量之比例。为了了解电子在界面配对特性，我研究了铁磁/超导异质结有关的Andreev反射问题。研究发现，在异质结界面出现自旋轨道耦合时，可以发生相同自旋带内的Andreev反射，形成三重态电子空穴关联。此时能隙内电导显著增强。分析隧穿谱我指出，界面自旋轨道耦合的特点是不会增加能隙边缘处电导，所以能隙处电导为谷型。利用铁磁的自旋极化特征，我计算了d波超导体与铁磁连接的隧穿谱，发现Andreev反射可以不借助自旋翻转机制，贡献出零能电导峰。计算结果与已知实验吻合。为此，我提出了一个检测高温超导自旋波函数对称性的实验方案。最后我计算了s波超导/铁磁/p波超导体的Josephson效应，研究显示这种结构与普通的s波超导/铁磁/s波超导结不同，其Josephson临界电流随磁轴大小的增大并不是单调下降函数。磁轴的平行分量对该结的输运性质影响最大。

关键词： 能源水合物   稀磁半导体   纳米钛酸钡   量子功能材料   高压装置  

摘要： 本论文内容由三部分组成:(1)能源水合物高压装置搭建;(2)几种量子功能材料研制;(3)纳米钛酸钡相变研究。主要研究包括:\n (1)设计并搭建一套能源水合物高压合成与在位表征装置。该装置由真空、充气、增压、温度控制、生成、表征和数据采集七个模块组成。此装置可实现100MPa、-196-300℃以内的水合物合成实验，同时结合在位拉曼表征等手段可开展有关水合物结构、热力学、动力学、空穴占有率的研究，还可模拟其成藏和开采的实验。\n (2)利用固态反应烧结方法制备四种量子功能材料，并对它们物性进行研究。(Ⅰ)LiCdP的晶体结构和GaAs类似，通过Li过量引入载流子调控和Mn2+替代Cd2+引入自旋，使Li1+y(Cd1-xMnx)P成为铁磁半导体(-0.1＜y＜0.2，0.025≤x≤0.1)，该体系最高居里温度(Tc)可达45K，矫顽力小于100Oe说明是软磁材料，饱和磁矩可达1.0μB/Mn，最大有效磁矩为4.45μB/Mn，Li1.1(Cd0.9Mn0.1)P的NMR数据表明铁磁性是本征的，且源于Mn替代Cd所致Mn原子均匀分布于样品中;(Ⅱ)LaZnAsO的晶结构和近期广为研究的铁基超导体LaFeAs(O1-xFx)类似。通过Sr2+替代La3+引入载流子，Mn2+替代Zn2+引入自旋使得(La1-y，Sry)(Zn1-x，Mnx)AsO在0.03≤y≤0.1，0.05≤x≤0.20时出现铁磁性，矫顽力大于2T说明是硬磁材料，该体系最高Tc为30K，Tc以下出现负磁阻效应;(Ⅲ)LaZnSbO的晶结构和近期广为研究的铁基超导体LaFeAs(O1-xFx)类似。通过Ca2+替代La3+引入p型载流子，Mn2+替代Zn2+引入自旋，(La1-y，Cay)(Zn1-x，Mnx)SbO在0.05≤y≤0.1，0.05≤x≤0.15时出现铁磁性，材料矫顽力大于2T说明是硬磁材料，最高Tc为40K，Hall效应结果表明该体系载流子类型为p型、浓度为1020cm-3，在铁磁转变温度以下发现反常霍尔效应;(Ⅳ)通过Li取代Fe2As中FeⅡ发现:随Li含量增加，(Fe2-xLix)As体系反铁磁转变温度减小，晶格参数变大，FeⅡ原子间距增大。当x＜0.2时为Fe2As相，0.2＜x＜0.9时为LiFeAs和Fe2As的两相混合结构，0.9＜x＜1.0时为LiFeAs单相。\n (3)同步辐射高分辨数据表明5nm钛酸钡常温常压为正交和四方混相结构;高压拉曼结果表明随着压力增加有两个相变:在7.5GPa由正交和四方混相结构转变到四方相;在17.3GPa附近由四方相转变为立方相，该相变通过高压阻抗谱实验得到验证。5nmBTO在-123-177℃温区的相边界更加弥散并且多相共存。不同粒径BTO变温同步辐射XRD结果表明:随样品尺寸减小四方相向为立方相转变温度和正交相向四方相转变温度都升高。

关键词： 量子点   单分子磁体   负微分电导   散粒噪声   自旋极化   输运特性  

摘要： 近些年来，随着自旋电子学和纳米加工技术的发展，在超小的纳米或分子设备中操纵电子电荷及其自旋已成为一个很活跃的研究领域，其目的是为了达到将单个分子作为元素器件的最终目标。当小尺寸的量子点(QD)连接到两个磁性电极上时，可以形成一种控制单个电子的隧道结结构。它合并了自旋电子学和磁电子学以及单电子器件的特点，无论是对凝聚态物理的基础研究还是对量子计算，量子通信以及自旋存储器件方面都有巨大的理论研究意义和潜在的应用价值。对它的研究使得单电子自旋输运取得了很大的进展。\n 本文我们利用Master方程方法研究了在这种超小分子隧道结中自旋相关的输运性质。主要工作有两部分:第一部分研究了通过单分子磁体（SMM）（一种磁性量子点）的输运性质，发现与两个平行排列的铁磁电极耦合情况下，在一定偏压范围，电流与电极的自旋极化有关，并且对大极化率会出现负微分电导(NDC)。第二部分研究了在旋转磁场下量子点的输运性质，由于旋转磁场，提供了一种自旋翻转机制，这将解除由于自旋阻塞导致的电流抑制，另外，我们还探究了旋转磁场对散粒噪声的影响，在磁场导致的量子点内电子的能量劈裂处，将出现峰值，这反映了量子点内电子自旋的动力学过程。

关键词： 锰掺杂   硫化锌量子点   荧光印迹   聚合物微球   噻苯咪唑   农药残留检测  

摘要： 本论文主要做了两个工作，即:对有机相量子点的水溶性修饰和量子点对噻苯咪唑(TBZ)的特异性检测。下面各自介绍他们的研究目的、方法、结果和结论。\n (1)有机相量子点的表面修饰。有机相合成的量子点，由于发光效率高、粒径分布均匀而备受亲睐。但在其水溶性修饰过程中，量子点荧光强度一般都大大下降，如何在水溶性修饰过程中，保持或改善量子点的发光效率仍是待解决的课题。本论文的第二章，通过超声作用，分别使以油胺、油酸为稳定剂的Mn掺杂的ZnS量子点(ZnS: Mn QDs)嵌入到苯乙烯-聚丙烯酸共聚物中，成功的将有机相合成的量子点转入到水相。所得到的两种水溶性ZnS: Mn QDs纳米复合粒子(QDs-NIP)粒径大约为200 nm，较水溶性修饰前有更好的发光性能，解决了一般修饰中的发光效率下降问题，为我们后续的荧光印迹聚合物微球的制备提供了保障。\n (2)量子点对TBZ的特异性检测。除草剂和农药具有很大的毒性，我们在食品和环境中可随处发现他们的残留，因为这些残留都是低浓度的，而且伴随生物基质干扰的存在，所以如何快速、灵敏、高选择性的对这些物质进行检测，仍是具有相当挑战的课题。将荧光材料与分子印迹技术结合应用于分析检测中，在保持了荧光材料在分析领域中高的灵敏度的同时，还提高了相应分析方法的特异性。本论文的第三章，通过超声的作用，将模板分子TBZ和量子点嵌入到苯乙烯-聚丙烯酸共聚物微球中，通过洗去模板分子，得到带有识别空穴的荧光印迹聚合物微球(QDs-MIP);基于荧光共振能量转移(FRET)原理，对TBZ进行了特异性检测。结果表明:TBZ成功印迹到聚合物中，且我们制备的QDs-MIP拥有明显的识别空穴和良好的荧光性能;QDs-MIP对TBZ的检测体系在线性范围0.1μg/mL-7.0μg/mL的线性关系为F=2446.83-0.17C(μg/mL)，R=0.9923，检测限达到67 ng/mL，纯净水中加标TBZ的回收率在87％-95％。TBZ本身荧光可以对此检测体系起到辅助作用，在线性范围0.1μg/mL-2.5μg/mL的线性关系为F=124.07+0.74C(μg/mL)，R=0.9949;在线性范围3.0μg/mL-7.0μg/mL的线性关系为F=1341.32+0.26C(μg/mL), R=0.990。

关键词： 量子点激光器   单光子源器件   InAs量子点材料   GSMBE技术  

摘要： 量子点材料由于具有独特的光电特性而成为纳米光电子器件的首选材料之一。量子点的三维量子限制效应使电子和空穴的完全局域化，能态密度呈δ函数形式分布。具有类原子能级结构的量子点激光器呈现极低的阈值电流密度、极高的温度稳定性、极高的微分增益和无啁啾等优点，使得高功率激光器、高速光源等器件在光通信领域具有很大的应用前景。量子点的生长温度对激光器性能很大影响，在本论文中针对InAs/GaAs量子点激光器进行了这方面的研究。除了高密度的量子点在激光器等器件中有重要的应用外，将单个量子点或耦合量子点用来制备单光子源也具有很大的优势。在过去的二十多年，研制的单光子源发光波长主要集中在1μm以下，在本文中研究了1.55μm波长的InAs/InP量子点单光子源。主要研究结果如下:\n 1.比较了用GSMBE425℃低温生长和500℃高温生长的InAs/GaAs量子点激光器的性能，发现低温区生长的量子点密度较大并且尺寸分布更均匀，制作的激光器的线宽更窄，光增益更大，阈值电流密度更低，具有更高的特征温度。\n 2.研究了InAs/GaAs量子点激光器的激射谱中很高强度的单模峰。发现单模峰在18℃-31℃温度之间一定的注入电流范围内出现。在29℃时，单模峰最稳定，最高的SMSR达到10.11dB。单模峰的产生是由于比它能量高的模式消失而载流子优先填充到对应于单模峰的能态。\n 3.用GSMBE技术生长了InAs/InP、InAs/GaAs、InAs/InGaP低密度量子点材料，研究了量子点的密度随沉积厚度的改变、生长停顿方式对量子点密度的影响。InAs/InP发光波长在1550nm通信波段，量子点的平均密度可以降至2.5×108 cm-2，已达到制作单光子源的要求。\n 4.用金属掩模(mask)和刻蚀台面(mesa)两种工艺制作单光子源器件，测试了液氦温度下的微区荧光谱。采用Mask工艺制备的样品上测到了单个量子点的信号，发光波长在1520-1560nm范围内，半高宽约170μeV，可以用作单光子源，证明量子点材料生长条件和制备工艺是成功的。而在mesa器件中没有测到单个量子点的信号，主要原因是由于刻蚀引起的表面态形成了非辐射复合中心导致发光质量下降。\n 5.由于单光子源微区荧光谱的测试需要精确定位，设计并搭建了一套笼式共轴微区荧光测试系统。

关键词： 量子点   激光器   高特征温度   金属有机化学气相沉积   外延生长  

摘要： 由于载流子在三个运动维度受到量子限制，半导体量子点具有类似于原子的分立能级，并展现出许多独特的光学和电学性能。相比于传统的量子阱激光器，半导体量子点激光器应具有更低的阈值电流密度、更高的微分增益、更高的温度稳定性以及更高的调制速率等优越性能。目前，发光波长在1-1.3微米范围的InAs/GaAs量子点体系已被广泛深入研究，并在很多方面已证实了上述的优异材料和器件性能。而在更长波长范围则需要采用InAs/InP量子点体系。InAs/InP量子点体系因其较小的晶格失配，其辐射波长能覆盖1.4-2.0微米这一超宽范围，这在光纤通信，气体检测，生物医疗等很多领域具有广泛的应用前景，是目前半导体激光器领域的研究热点。本论文以实现高性能InAs/InP量子点激光器为目标，开展了量子点材料外延生长以及激光器应用研究，并取得了如下研究结果:\n 1.采用高Ⅴ/Ⅲ比生长波导层及隔离层InGaAsP材料。温度低至510℃，InGaAsP材料仍维持了良好的光学和晶体质量。通过对生长参数的系统优化（如温度、生长速率、淀积量、Ⅴ/Ⅲ等）以及生长界面As/P互换的控制，在InP(001)面上，生长出了高质量的量子点材料，量子点面密度达到4.4×1010 cm2以上。\n 2.通过采用改变生长停顿Ⅴ族保护，成功实现InAs/InP量子点发光波长在1.3-1.7微米范围可控调节。\n 3.采用两温结合生长盖层技术成功地改善了量子点尺寸的均匀性。在540℃退火并生长第二盖层条件下，相比于低温生长第二盖层样品，五层结构量子点光致荧光谱峰值强度明显增强，半高宽从123 meV减至87 meV。此外，外延片整片均匀性得到明显提高，这对提高器件的工艺制作成品率尤为重要。\n 4.叠层量子点结构是提高量子点密度最常用和最有效的方法，我们采用两温结合盖层技术生长叠层量子点结构，有效克服了应力穿透对叠层量子点结构的影响。单层至七层，量子点光致荧光峰值强度随着层数近线性增加，其半高全宽几乎保持不变，确立了高性能叠层量子点结构的生长条件和技术。\n 5.激光器制作方面，采用标准光刻和湿法刻蚀技术，通过对腐蚀速度、光刻晶向、电介质SiO2层生长速度及温度优化、欧姆接触层退火条件等条件的摸索，确立了InAs/InP量子点激光器的工艺制各技术。实现了1.55微米InAs/InP量子点激光器室温连续激射，单面输出功率75 mW以上，内量子效率高达50.2％，无限腔长激光器阈值电流密度低至平均每层202 A/cm2。\n 6.针对目前1.55微米波段半导体激光器特征温度（T0）较低(小于120 K)这一问题，通过对量子点激光器的增益损耗机制进行分析，提出采用提高限制势垒以及提高量子点生长停顿间隙AsH3保护流量来促进量子点充分熟化，实现了高特征温度InAs/InGaAsP/InP量子点激光器的制备，两次打破世界纪录，20-60℃温度范围，激光器特征温度高达353K，大幅高于目前己报道的该波段半导体激光器T0世界最好水平(113 K)。