关键词： 量子环   透射概率   Rashba自旋轨道耦合  

摘要： 提出了铁磁/半导体/铁磁结构的四终端量子环模型,研究表明:透射概率随半导体环增大做周期性等幅振荡,并与电子的自旋方向和铁磁电极的磁矩方向相关。上下电极的平均透射概率均比右侧电极的大,但四终端量子环的平均透射概率及其振荡频率均比两终端量子环的低。Rashba自旋轨道耦合具有促使透射概率产生零点的效应,AB磁通对透射概率具有影响。

关键词： 纳米粒子   超导性能   量子效应   材料   壳效应   隧道扫描显微镜   金属粒子   锡  

摘要： 德国斯图加特的马普固体研究所专家利用隧道扫描显微镜研究锡纳米粒子证实，金属粒子的电阻损耗与粒子大小有关，当金属粒子呈纳米状态时，材料获得超导性能的温度会大幅增加。因此，在粒子足够小的前提下，通过量子效应可增强金属粒子超导性能60％。这一理论还可预测粒子的纳米精度，并为开发室温环境下的超导电线提供了新的研究方向。

关键词： CdSe量子点   聚酰胺-胺树形分子   光致发光   发光可调  

摘要： 以NaHSe为硒源,以聚酰胺-胺树形分子(PAMAM)为内模板,在水溶液中制备了尺寸均一、分散良好、荧光性强的CdSe量子点.分别用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和高分辨透射电镜对树形分子包裹的CdSe量子点进行表征.结果表明:在紫外光的激发下,树形分子与CdSe量子点间发生了强烈的界面电荷转移作用.质子化后整代数树形分子模板作用优于半代数树形分子.高代数树形分子的模板作用优于低代数树形分子.pH在7.5时,纳米簇粒径小而均匀,且溶液稳定性高.改变Cd2+与PAMAM物质的量比,可得到一系列尺寸不同、发光颜色不同的CdSe量子点.0℃低温时制备的量子点光致发光效率最高.

关键词： 泵浦-探测实验技术   电子双极输运   双极扩散系数   砷化镓   半导体器件  

摘要： 半导体器件利用电荷输运传递信息，因而，电荷输运常数决定了器件的尺度和响应频率。近年来随着超高速半导体电子器件的发展，半导体中电荷的超快输运动力学及其输运机制也受到广泛关注。另一方面，半导体基础物理学中，对爱因斯坦关系的成立条件一直也存在争议。其根本原因在于目前没有一种实验技术能同时精确测量电荷的动态扩散常数和迁移率。因此，发展高灵敏度、高精度和实验相对简单的超快电荷输运动力学测试技术，具有重要的科学意义和实用价值。\n 本文基于飞秒时间分辨泵浦～探测饱和吸收光谱技术，发展了瞬态光栅局域周期采样饱和吸收光谱技术及其理论和透射光栅调制泵浦-探测饱和吸收光谱技术及其理论。这些光谱技术具有高灵敏度度、实验简单等优点。更重要的是它们能同时测量电荷的扩散常数和迁移率，因而能为爱因斯坦关系的检验提供实验证据。应用所发展的光谱技术实验研究了GaAs半导体及其量子阱中电子双极扩散输运动力学，获得了电子的双极扩散常数，分析了电子-空穴间的库仑作用等因素对半导体电子扩散动力学过程的影响，取得了如下研究成果：\n 第一，发展了瞬态密度光栅局域周期采样泵浦-探测饱和吸收光谱技术及其理论。该方法是在瞬态光栅后面紧贴同周期、相同取向的一维黑/白透射光栅。利用白缝透射实现对瞬态光栅的局域周期采样。探测透射光的饱和吸收变化，具有灵敏度高，能同时测量电子双极扩散常数和迁移率的优点。发展了该光谱技术的理论模型。应用发展的这种光谱技术研究了GaAs量子阱中电子双极扩散输运动力学，并应用发展的理论模型拟合实验数据，获得了GaAs量子阱的电子双极扩散常数。\n 第二，发展了透射光栅调制泵浦-探测饱和吸收光谱技术及其理论。该方法具有实验装置非常简单的优点，仅仅在传统的泵浦-探测实验装置中增加一个一维黑/白透射光栅，样品紧贴其后，测量透射探测光的饱和吸收变化。同样具有灵敏度高、能同时测量电子双极扩散常数和迁移率的优点。同时，发展了该方法的理论模型。应用此技术实验研究了GaAs的电子双极扩散输运动力学，获得了其扩散常数。\n 上述实验技术的发展为进一步开展电子双极扩散和迁移动力学研究，直接实验验证爱因斯坦关系奠定了基础。但由于样品限制，本论文尚未开展此研究。

关键词： 二维电子气   宽禁带半导体   量子输运   自旋注入   自旋分裂效应  

摘要： 二维电子气（2DEG）作为低维量子系统，其物理性质的研究不仅对于基础物理方面，而且对于应用层面的研究都具有非常重要的意义。从量子Hall效应，分数量子Hall效应，到自旋场效应管，量子计算的应用，对2DEG输运性质的研究方兴未艾。随着微纳加工技术的进步，让我们可以在更小的尺度内，更复杂的器件结构中研究2DEG的电子及其自旋输运性质，为各种新的物理性质的发现和潜在的应用提供了可能。\n 宽禁带半导体作为新兴半导体材料，具有传统半导体材料所不具备的优势。随着社会的进步和发展，对半导体器件性能的要求不断调高。为了满足新的发展要求，宽禁带半导体及其异质结构为半导体器件性能的进一步突破提供了可能，而对其物理性质的理解和研究也成为了新的热点，特别是其2DEG量子输运性质的研究。\n 因此，开展对宽禁带半导体异质结构2DEG量子输运性质的研究对丰富和发展半导体低维物理和材料器件应用有重要的意义。\n 本论文对宽禁带半导体AlxGa1-xN/GaN异质结构和MgxZn1-xO/ZnO异质结构2DEG的量子输运性质进行了系统的研究，并对MgxZn--xO/ZnO异质结构中出现的磁性及其对2DEG输运性质的影响进行了讨论。主要包括：\n （1）利用低温磁输运测量手段研究了低磁场下AlxGa1-xN/GaN异质结构中2DEG的量子输运性质，讨论了低场下电子-电子相互作用对2DEG输运性质的影响。通过对低场磁阻率的温度依赖关系的研究，发现了电子-电子相互作用所导致的2DEG输运性质从扩散输运区域到弹道输运区域的转变，并利用现有的理论模型对结果进行了拟合。\n （2）研究了AlxGa1-xN/GaN异质结构中2DEG的弱反局域化（WAL）效应，通过对WAL正磁阻率的拟合，得到了电子的自旋轨道散射时间和相弛豫时间。利用旋转样品的方法改变磁场与2DEG之间的夹角，观测到了2DEG在弱局域化区域的磁阻率振荡现象，并基于电子的相干理论对振荡的起因进行了定性的分析。\n （3）研究了从铁磁性半金属材料LaxSr1-xMO3向AlxGa1-xN/GaN异质结构2DEG中自旋注入的问题。通过磁控溅射的方法，在MOCVD生长的AlxGa1-xN/GaN异质结构表面得到了电学和磁学性质良好的LaxSr1-xMO3铁磁性薄膜，并基于自旋注入和探测理论，进行了新的自旋注入器件结构设计，并通过微加工工艺，得到了相应的样品。\n （4）利用低温磁输运测量手段对MgxZn1-xO/ZnO异质结构中2DEG的量子输运性质进行了系统的研究。首次在MOCVD生长的MgxZn1-xO/ZnO异质结构中观察到2DEG的舒伯尼科夫-德哈斯（sdH）振荡，并通过对磁阻振荡曲线的分析得到了MgxZn1-xO/ZnO异质结构2DEG的电子浓度、有效质量、量子散射时间等相关参数。\n （5）发现了MgxZn1-xO/ZnO异质结构中2DEG的异常自旋分裂效应和磁二维电子气的存在。通过实验测定了MgxZn1-xO/ZnO异质结构2DEG在零场时的自旋分裂能量高达15meV以上，证明了MgxZn1-xO势垒层的本征磁性是产生2DEG零场自旋分裂的主要原因，为MgxZn1-xO/ZnO异质结构中磁二维电子气的存在提供了实验证据。

关键词： 磁性氧化铁   纳米材料   生物检测   量子点制备   光电子能谱仪  

摘要： 随着纳米技术的不断发展，纳米尺寸的功能材料已经成为当前材料学一个越来越活跃的研究领域。纳米材料因其独特的理化性质，使其在生物分析检测中的应用也越来越广泛。氧化铁纳米粒子以及量子点作为新型的功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众多领域。本文在引言部分简要介绍了磁性氧化铁纳米粒子的制备方法，并从氧化铁纳米材料的特点出发详细评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离以及生物检测中的应用，对于多功能复合磁性氧化铁纳米粒子构建在生物医学领域中的应用具有指导意义。量子点具有激发光谱宽、发射光谱窄、量子产率高、光稳定性好等独特的光学性质，并且其波长可通过调控晶粒尺寸和组成来实现，如何进一步完善量子点的制备工艺，提高量子点质量及荧光性能，并最终更好地应用生物学领域，也将是我们努力实现的目标和方向。\n 本论文主要工作是研究了氧化铁纳米材料的类酶活性，同时利用纳米氧化铁特性对NO及葡萄糖生物分子进行了检测，最后研究了不同粒径量子点的有效控制合成及表面功能化，重点研究了合成量子点的光学、表面化学等特性。论文主要工作如下：\n 1. Fe3O4磁性纳米粒子具有过氧化物酶的某些特性，能够催化过氧化氢与其底物3,3\',5,5\'-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应。所需的Fe3O4具有颗粒均匀性，而且分散良好，用透射电镜观察了材料的形貌，用傅里叶红外光谱仪分析了Fe3O4纳米粒子的表面官能化情况。研究了TMB底物的显色反应机理，通过对不同粒径Fe3O4的综合分析，选择粒径大约为28nm的Fe3O4作为类酶催化剂，发现随着粒子浓度的增大，催化效率也随之增高。\n 2. 采用粒径均一，分散性好的Fe3O4纳米粒子，并使用多种方法对其进行相关表征，应用透射电镜TEM、振动样品磁强计研究了Fe3O4纳米粒子。利用Luminol-H2O2-Fe3O4化学发光分析法检测NO，并且利用外加磁场对Fe3O4进行分离。依照文献方法合成饱和NO溶液，先采用Griess法对其浓度进行测试，然后通过对H2O2浓度、Fe3O4浓度以及温度条件的优化，利用化学发光分析法选择最佳条件下进行NO浓度的检测，得到相关性很好的工作曲线。\n 3. 利用磁性纳米粒子的催化特性通过化学发光分析法对葡萄糖进行检测。葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下发生氧化反应生成H2O2，生成的H2O2在Fe3O4磁性纳米粒子的催化作用下与鲁米诺发生反应，并产生化学发光信号。在优化的实验条件下，采用Luminol-H2O2-Fe3O4增强化学发光新体系检测低浓度葡萄糖也具有较好的响应特性，在2μmol/L～10mmol/L的葡萄糖浓度范围内，相关性都达到0.998以上。\n 4. 研究了在液体石蜡体系中CdSe量子点的成核与生长，采用酶标仪，动态光散射粒度仪，透射电镜，荧光倒置显微镜等仪器进行表征。结果表明合成的CdSe量子点具有依据不同的尺寸而获得不同颜色荧光的光学性能。同时，为了得到具有生物相容性的量子点，我们采用微乳液体系，合成分散性好、荧光量子产率高的SiO2包覆的核壳结构的CdSe@SiO2量子点。我们采用透射电镜、扫描显微镜等设备观察了所制备样品的形貌，用X射线光电子能谱仪研究了样品的结构，用荧光光谱仪测试了量子点的荧光效率。结果表明CdSe@ SiO2制备简单，具有良好的水溶性、稳定性以及较强的荧光强度

关键词： In团簇   InGaN   变温PL   激活能  

摘要： 通过对不同In含量的InGaN/GaN量子阱材料的变温光致发光(PL)谱进行实验分析,得出样品激活能和PL谱峰值能量随温度变化的S形曲线中拐点温度与In含量的关系。说明对于我们的样品,这种S形曲线并不是来源于量子限制Stark效应(QCSE),而是与量子阱中In团簇有关。对比结果表明,含In量越多的材料其局域的能量越大,由热扰动脱离局域所需要的温度越高。

关键词： 非平衡态格林函数   量子点   Rashba   耦合   自旋输运  

摘要： 采用非平衡态格林函数方法,研究了一个三电极的平行双量子点结构中由局域Rashba型自旋轨道耦合诱导的自旋极化的电子输运.结果发现,当电子从"源"电极经量子点区到两个"漏"电极时,它能根据自身的自旋态选择终端,即自旋极化和自旋分离可在这一结构同时实现.同时发现,量子点内的库仑相互作用对该体系的自旋输运性质有重要影响,其中有额外电极与之耦合的量子点中的库仑相互作用的强度对自旋输运起主要调节作用.

关键词： 碳纳米管   掺杂改性   能带结构   差分电荷密度   储氢性能  

摘要： 碳纳米管自从被发现以来，由于它的独特的物理、化学性质和特殊的几何结构，在在未来高科技领域的许多潜在应用价值而倍受人们的关注，成为材料科学领域的研究热点之一。对碳纳米管进行掺杂能够进一步改善碳纳米管的物理与化学性质，能够拓宽碳纳米管的应用范围。因此，对掺杂碳纳米管上的研究也成为了现在纳米科学技术领域内的热点。这些研究既有实验上的研究也有理论计算方面的研究。近年来，由于能源短缺和环境污染的日益严重。开发绿色能源也成为了当今社会的主题。所以，对碳纳米管吸附氢的研究也成为了热点。本文主要对掺杂的碳纳米管进行研究。\n 本文首先研究了磷原子以替位式方式对碳纳米管掺杂以及其对单壁碳纳米管的电子结构的影响。用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构，杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构。得出在不同管径的P掺杂SWNT中，杂质的形成能随着管径的增大而增大，相同管径的SWNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小，不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同，进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同，这可能由C-P-C键角的大小可能决定。从结果中我们还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的，而且掺P的SWNT导电呈现出n型。\n 其次，本文研究了向单壁碳纳米管中同时掺入硼原子和磷原子，构建一个p-n结结构。同样，对这种结构用基于密度泛函理论的第一性原理进行计算，Mayer bond order，能带结构、电子密度和态密度分别被计算。分析计算结果，可以得到B-PSWNTs有着不同于BN纳米管的特殊电子结构，金属型的单壁碳纳米管在同时参入B原子和P原子之后，单壁碳纳米管的高对称性被破坏而转向半导体型。B-PSWNTs内的成键形式被详细的研究。另外，Mulliken电荷布居和量子电导被计算以便分析该结构的量子输运性质。通过分析得到p-n结位置会随着外加电场的改变而发生变化，且这种结构呈现出二极管的特性。\n 在文章最后，用基于密度泛函理论的第一性原理计算单壁碳纳米管对氢的可控吸附。通过计算发现当碳纳米管沿着管轴旋转扭曲后对氢的吸附作用显著增强。另一方面，单壁碳纳米管对氢的吸附能力取决于旋转的角度和管径大小。结合能随着管径大和扭曲角度的增大而减小。这个结论表明通过改变扭曲角度的大小可以控制单壁碳纳米管对氢的存储。

关键词： 半导体材料   InGaN/GaN   量子阱材料   光谱特性  

摘要： 氮化镓基材料(GaN)尤其是InGaN/GaN量子阱材料是目前研究最为广泛的宽禁带半导体,是近年来蓝紫光半导体激光器研究中最重要的材料之一。围绕半导体材料的一些关键参数进行实验测量和深入分析,对这些参数给出定量的描述,有助于了解半导体材料的发光特性,为改进半导体器件的结构,增加出光效率提供参考。\n 本文简单介绍了测量光增益的两种方法——H-P方法和变条长方法。结合文献中的实验结果,介绍了目前变长条实验中,量子阱数目、激发功率、TE和TM模模式与增益的关系,介绍了增益饱和,增益饱和长度的概念。\n 接着,本文针对目前国内外对于InGaN/GaN多量子阱材料的两种主要发光机制的争论,通过对不同In含量的InGaN/GaN量子阱材料的变温光致发光谱(PL)的实验分析,研究了含In量子阱材料的辐射发光机制。利用多通道.Arrhenius方程可以很好的拟合所得到的积分PL谱,进一步得到不同In含量(10%,14%,16%)材料中In团簇所造成的局域能量,并利用In团簇的观点对PL峰值位置随温度的S型变化曲线给出合理的解释,并说明S型的温度曲线并不是来源于QCSE(量子限制Stark效应),而是与量子阱中In团簇有关。给出了激活能和温度曲线中拐点温度与In含量的关系。对比结果表明,含In量越多的材料其局域的能量越大,而温度曲线中第二个拐点的温度即激子由于热扰动脱离局域所需要的温度越高,从而进一步说明InGaN/GaN量子阱材料的发光主要是与In团簇有关。