关键词： 镍粉水泥基复合材料   导电性   压敏性   场致发射效应   量子隧道效应  

摘要： 通过测试不同种类、不同掺量镍粉复合水泥基材料的电阻率和受力时的电阻率变化规律,并结合镍粉颗粒状态和表面形貌的扫描电镜观察,探讨了镍粉水泥基复合材料的导电机理和压敏性产生机理。研究结果表明:刺球状镍粉掺量(体积分数)为15%、20%和25%的水泥基复合材料的导电性和压敏性依次提高;链状镍粉复合水泥基材料的导电性优于球状镍粉水泥基复合材料;刺球状镍粉复合水泥基材料的导电性优于表面光滑的球状镍粉水泥基复合材料。由此可见,镍粉水泥基复合材料的导电性和压敏性与镍粉的颗粒状态、表面形貌和掺量密切相关,刺球状镍粉水泥基复合材料具有良好导电性和压敏性是由场致发射效应和量子隧道效应所致。

关键词： 钢结构   材料学   冶金业   量子   竞争优势   冶金企业   使用特性   物理学发展  

摘要： 为了占据冶金行业的前沿阵地，在提高产品质量性能的长远竞争优势上，俄罗斯国内冶金企业必须建立战略规划。一直到现今仍没能解决的钢结构状态的控制问题，仍然是创建这种优势的障碍。最近，物理理论学者们投入极大精力在研究钢结构的问题，在固体物理学发展的现代水平上，能够解决应用特性的问题；冶金企业科研所及研究中心的深入合作，能够在很大程度上促进板材和型材使用特性的提高。

关键词： 自旋轨道耦合   自旋过滤   单层石墨带   霍尔电导   低维电子系统   量子输运  

摘要： 本文研究讨论了自旋轨道耦合系统和单层石墨系统在二维以及准一维量子限制情况下的电子输运性质。\n 对于自旋轨道耦合系统，我们先讨论了含有Rashba以及Dresselhaus自旋轨道耦合的横向无限大的磁超晶格中的极化电子输运。数值计算结果表明自旋轨道耦合使磁超晶格的能带发生了自旋劈裂并使电子在输运过程中发生自旋进动。在考虑了磁超晶格的边界效应后，对称的delta磁场排列可以产生有限的自旋过滤效应。接下来，我们讨论了横向受到量子限制的含有Rashba耦合的准一维量子线。Rashba耦合除了使量子线中每个子带分别都发生自旋劈裂外，还致使子带间发生混合。子带混合可以导致无限长量子线α3阶的自旋极化，其中α是Rashba耦合强度。如果在入射引线与Rashba量子线之间插入一个较窄的缩颈区来限制入射电子只占据一个通道而出射电子占据两个通道，电子从缩颈区到Rashba量子线的散射过程将产生α2阶的自旋极化，而使自旋极化大大增加。\n 对于单层石墨系统，我们先在紧束缚模型下讨论了次近邻相互作用对蝴蝶图以及轨道磁矩的影响。进一步，我们讨论了单层石墨带的光电导以及霍尔电导。发现单层石墨带光吸收都有一个起始频率。这个起始频率主要是由选择定则决定的，而不是带隙。在磁场下，起始频率可以受到磁场的调制而降低。更有趣的是，当磁场不足以大到使单层石墨带中的电子形成朗道能级时，锯齿形的单层石墨带与扶手椅形带在霍尔电导上有很大的不同。锯齿形带的霍尔电导作为费米能的函数时只有一个反号跳跃，而扶手椅形带则可以有任意多个反号跳跃，依赖于宽度的不同。分析表明，这些多余的反号跳跃来源于扶手椅形带能谱结构中的子带交叉点。每当费米能扫过一个相邻子带的交叉点时，霍尔电导便发生一个反号跳跃。最后，我们还讨论了磁场下单层石墨以及单层石墨带中的热电效应，计算了热电响应系数，seebeck系数以及能斯特信号。

关键词： 半导体纳米晶体   荧光标记   生物标记   量子点   细胞合成   时空耦合   材料   有机荧光染料  

摘要： 通常，将三维受限的零维无机半导体纳米晶体称为量子点（Quantum dots，QDs）。量子点具有优异的荧光性质，在荧光标记、激光、发光二极管、太阳能电池等前沿领域有着十分广泛的应用前景。就生物标记而言，与传统的有机荧光染料和荧光蛋白相比，量子点优异的荧光性质体现在，具有发光颜色可通过不同粒径和（或）组成进行调控、激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、荧光量子产率高、荧光亮度高、光稳定性好（耐光漂白）等优点。

关键词： GaN基激光器   多量子阱(MQWs)   AlInGaN   垒材料  

摘要： 在(0001)蓝宝石衬底上分别用金属有机化学气相沉积技术外延生长了InGaN/GaN,InGaN/In-GaN,InGaN/AlInGaN多量子阱激光器结构,并分别制作了脊形波导GaN基激光器。同步辐射X射线衍射,电注入受激发射光谱测试及光功率-电流(L-I)测试证明,相对于GaN垒材料,InGaN垒材料,AlInGaN四元合金垒材料更能改善多量子阱的晶体质量,提高量子阱的量子效率及降低激光器阈值电流。相关的机制为:组分调节合适的四元合金垒层中Al的掺入使得量子阱势垒高度增加,阱区收集载流子的能力增强;In的掺入能更多地补偿应力,减少了由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度;In的掺入还减小了量子阱中应力引致的压电场,电子空穴波函数空间交叠得以加强,使得辐射复合增加。

关键词： Semiconductor quantum dots  

摘要： We report the first experimental demonstration of compensating Joule losses in metallic photonic metamaterial using optically pumped PbS semiconductor quantum dots. © 2009 Optical Society of America.

关键词： InAs量子点   InGaAs异变   光致发光   分子束外延生长   发光强度  

摘要： 1.31～1.55μm近红外光电材料及器件研究是多年来半导体材料和光电器件领域的核心课题之一。由于近红外波段现有的材料体系存在较大困难，使其相应光电子器件、特别是集成光电子器件性能的发展受到了很大的局限，迫使人们探索新的材料体系。其中In(Ga)As/GaAs自组织量子点材料体系因其优越的光电性质而成为的热门材料之一。本论文针对InAs量子点材料结构特点，研究了GaAs基InGaAs异变层上InAs量子点的分子束外延生长技术的优化、拓展其波长到1.55μm波段的结构设计等问题。通过对生长温度、As压、In组分等生长参数的优化，获得了高质量GaAs基1.55μm波段的InAs量子点材料。主要内容如下：\n (1)深入研究了表面As压、生长温度、量子点停顿时间、InAs淀积量等参数对GaAs基InAs自组织量子点外延形貌和发光质量的影响。设计生长了In组分为0.2的InxGa1-xAs覆盖层的InAs量子点，其光致发光(PL谱)波长达到了1340 nm，原子力显微镜测得其面密度为3.2×1010cm-2，量子点均匀性较好。\n (2)研究了InGaAs异变层上外延双层耦合InAs量子点结构。通过对生长温度、InAs淀积量、盖层In组分、Sb组分等参数的优化，获得了室温发光波长1533nm的量子点，PL谱线半高宽为28.6 nm，量子点密度为6×109 cm-2。\n (3)探索了In0.15GaAs异变层上单层高密度InAs量子点的生长。通过对生长温度、外延层结构参数的优化，获得了发光波长1491 nm、密度4×1010 cm-2、室温PL谱线半高宽仅27.73 meV、均匀性较好的量子点。在加入GaAs隔离层原位退火后，量子点发光波长达到了1500 nm，同时量子点密度保持在2.5×1010cm-2。通过采用In0.15Al0.35GaAs限制层，并在700℃原位退火方法，将量子点发光强度改善，量子点密度为3.6×1010cm-2。

关键词： 量子点   自旋电子学   自旋阀门效应   隧穿磁阻   库仑阻塞效应   自旋进动效应   电荷输运  

摘要： 在过去数十年间，和非磁性金属电极耦合的量子点的电荷输运性质得到了全面的研究。然而，电子既有电荷又有自旋，不考虑自旋的输运性质的讨论是不全面的。在自旋电子学这个新领域里，通过电子自旋，量子器件的磁性质可以控制输运性质，例如铁磁隧道结的隧穿磁阻(TMR)。TMR器件的磁阻来源于自旋阀门效应，两个铁磁电极磁矩取向平行或反平行导致了电阻的巨大差异。通过变化两个电极磁矩的相对取向，电流的大小可以通过磁矩夹角θ来调节。通过磁隧穿注射的技术，可以在实验上产生并检测到纯自旋流，这个实验上的重大进展使得研究介观系统的自旋输运性质变成可行的。为了研究依赖自旋的输运性质，Sergueev等人提出了和铁磁电极耦合的量子点这样一个装置。在该构形下，电流可以被自旋极化，从而产生一个非零的自旋流。直到现在，很多工作都局限于讨论两个铁磁磁矩共线的情况，只有相对较少的工作讨论了非共线情况下的电荷输运性质。\n 在本论文中，作者首先简要介绍我们将要用的理论框架：Keldysh格林函数，并且对和铁磁电极耦合的量子点的电荷输运性质作一综述。然后，作者在Keldysh格林函数的框架下导出了该系统的自旋流精确的普遍表达式。自旋流明显地依赖于两个电极磁矩的夹角，作者引入自旋隧穿磁阻(STMR)来描写这一效应。为了研究系统的非平衡输运性质，有两种常用的计算Keldysh格林函数的方法。一种是实时图形展开方法，它基于以量子点和电极的耦合强度为小参数的微扰展开，可以精确处理量子点中的库仑相互作用。但是这种方法只能考虑有限阶的隧穿过程，故不能精确处理量子点和电极的耦合。另一个选择是运动方程法，此时精确处理了量子点和电极的耦合，但是量子点中的库仑相互作用只能近似处理。\n 使用Hartree-Fock截断下的运动方程法，作者对自旋流和STMR的三个分量进行了数值计算。作者发现自旋流-偏压曲线明确地揭示了共振隧穿过程以及共振隧穿和量子点中的库仑排斥之间的竞争。在非对称情形下，自旋流分量Jz在0＜θ＜π范围内会变号。作者发现在自由区和库仑阻塞区，自旋流和STMR对电极磁矩夹角的依赖关系有所不同。在自由区，随着磁矩取向由平行变为反平行，Jz和STMRz呈现出单调的变化，这是通常情况下的自旋阀门效应的典型表现。在库仑阻塞区，量子点能级只能被一个电子填充。量子点和铁磁电极的耦合会诱导出一个有效的交换场，它的强度和相对于整体量子化轴的取向依赖于偏压和电极磁矩夹角。当量子点能级上只有一个电子占据时，电子的自旋会受到有效交换场诱导出的力矩的作用，导致自旋绕着交换场的进动。该过程会压低Jz，并且自旋进动效应和自旋阀门效应的竞争会引起Jα(θ)的反常。作者期待在不久的将来这个反常行为会得到实验的证实。

关键词： 二维电子气   输运特性   量子阱   散射机理   自旋分裂  

摘要： 晶格匹配的InP基InGaAs/InAlAs、InGaAs/InP高电子迁移率晶体管具有高的二维电子气浓度和迁移率，在毫米波和亚毫米波器件方面具有广阔的应用前景。磁输运测试不仅可以用来确定半导体材料的载流子浓度、迁移率、散射机理等输运特性，而且在深低温条件下还可以用来研究电子的自旋特性。本论文主要通过低温磁输运测试研究了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中二维电子气的输运特性、散射机理，同时还分析了单子带占据的InGaAs/InP量子阱中电子的自旋分裂特性(包括自旋—轨道耦合和Zeeman效应)，得到的主要结果如下：\n 1.考虑了两个子带之间的散射效应后，发展了一种拟合快速傅立叶变换结果的方法来研究两个子带占据二维电子气的输运特性，并获得了每个子带电子的输运参数。通过分析输运散射时间与量子散射时间的比值，得到第一子带电子受到更强的小角散射，低温下这一小角散射的主要来源是电离杂质散射。同时，还分析了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中的二维电子气朗道能级的填充情况，结果表明即使在电子自旋简并的情况下两个子带占据二维电子气的填充因子仍然会出现奇偶相间的变化。\n 2.实验上发现了在低磁场下两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中存在正磁电阻效应。分析表明，这一正磁电阻效应主要是由于这两个子带电子的输运迁移率不同所致。在考虑了子带之间的散射效虑后，通过分析低磁场的正磁电阻效应，得到了第一、第二子带电子的迁移率以及与迁移率相关的散射矩阵元，结果表明子带问的散射使得第二子带电子的迁移率高于第一子带电子的迁移率，同时还表明该体系中二维电子气还受到合金无序散射。\n 3.计算了两个子带占据InGaAs/InAlAs量子阱结构中每个子带电子的电离杂质散射与合金无序散射迁移率。在计算的过程中，考虑了子带之间的散射和屏蔽效应，结果得到子带之间散射主要影响第一子带电子迁移率，而第二子带电子迁移率主要受到来自子带内散射的影响。研究还表明第二子带电子迁移率主要由电离杂质散射决定，而第一子带电子迁移率受电离杂质散射和合金无序散射共同作用。\n 4.分析了不同栅压条件下单子带占据的InGaAs/InP量子阱结构中电子的自旋分裂效应。在这一体系中存在较大的Zeeman分裂，而在实验上观察到的拍频效应表明存在Rashba自旋分裂。针对这一情况，提出了用拟合傅里叶变换结果的方法来研究Rashba自旋—轨道耦合和Zeeman效应同时存在的电子自旋分裂，得到了有效g因子的相关参数(g0、g1)以及Rashba自旋—轨道耦合因子。

关键词： 量子结构   量子输运   量子点   量子线   热功测量  

摘要： 量子结构中的电子输运(量子输运)不管在实验上还是在理论上都引起了物理学家们的极大兴趣。对量子输运研究不仅仅有着实际应用的需求，比如量子通讯，量子计算器件以及下一代集成电路的基础等，也有着理论上的重要意义。相对而言，对量子结构中热功的理论研究则在理论上的意义更为重大。大量的实验表明，热功是量子结构和输运机制的三棱镜。它能够展现量子器件中能谱的精细结构以及输运过程中存在的以前不被人们所认识的物理机制。因此热功也成了检验新物理模型和新输运机制的物理平台。也正因为如此，热功理论的研究更为艰难。\n 本文从量子结构的热功测量出发，在已有的近平衡态统计理论的基础上，系统阐述了小量子体系在不同机制下的热功理论。在理论和实验结果有差异的情况下，试图解决并重新论述对已有输运机制的认识。\n 在前言部分，介绍了量子线以及量子点热功测量，然后阐述热功理论的近平衡态统计基础，使得热功的概念以及理论的入手有了清晰地脉络。鉴于量子器件的热功对输运过程的极度依赖，前言部分也介绍了量子输运一些特性。\n 在第二章，作者详细的介绍了基于单电子隧穿过程的热功理论，包括顺序隧穿机制和共穿机制。在顺序隧穿机制中，严格的数学推导得到量子结构中基态的改变引起了热功长周期振荡；而激发态则引发了热功的短周期振荡。在由Coulomb阻滞所引起的两峰的中心，由于声子或者其他环境影响引发的共穿机制很好的解释了此区域热功的抑制。\n 鉴于相位干涉的重要性，第三章假设量子输运过程中，量子结构的不同能级使得电子的输运通道具有了不同的相位，从而在两个共振能级的中间区域发现了一个奇异的由于相位干涉所引起的热功结构，并探讨了该结构出现的机制。\n 在一些量子结构中，利用定态波函数的连续性和近平衡态假设求出整个体系的透射系数成为了一种很重要的理论手段，但是这一手段在解决量子点热功时，遇到了问题，从实验的结果看来，定态波函数的连续性在量子点中是不满足的。在此基础上，作者重新讨论了共振隧穿与顺序隧穿的差异，提出了对共振隧穿在理论应用中的修正。\n 在Kondo机制下，量子结构与导线中的电子构成了一个强关联体系，这个体系中，从电导所表现的信息来看，Anderson模型给出了很好的理论结果。但是基于Anderson模型的热功结果，则表现出了与实验结果定性的不同。作者修订了Anderson模型的不足，给出了符合实验结果的理论模型和处理方法。