关键词： 量子输运   密度泛函   格林函数   磁性隧道结  

摘要： 本论文的研究工作是利用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，通过第一性原理计算从理论上研究分子器件和磁性隧道结的量子输运问题。\n 根据散射态理论编写了介观系统的散射态计算程序。利用散射态计算程序研究了一维碳原子链、铁和Ni-BDT-Ni系统的散射态。通过对其散射态的深入分析，得到量子输运的物理图像。\n 本文研究了连嘧啶分子器件和二硫醇分子器件的输运特性。通过对分子器件进行简单的抽样，得到其平均电导和电导的统计分布。连嘧啶分子器件电导的理论计算结果大约是实验测量结果的40倍，二硫醇分子器件电导的理论计算结果与实验测量结果相差不大。通过改变金电极的表面结构和分子与金电极之间的距离，可以发现其对连嘧啶分子器件输运特性的影响较小，对二硫醇分子器件输运特性的影响较大。\n 研究了TTF-TCNQ分子器件的输运特性。从伏安特性曲线中可以发现，TTF-TCNQ分子器件存在负微分电阻现象。通过深入分析可知，负微分电阻现象来源于TTF-TCNQ的最低空态与右电极的电子态相互匹配而产生的共振隧穿。\n 研究了Fe/MgO/Fe磁性隧道结的输运特性。TMR随着偏压的增加而衰减，当偏压到达1V时TMR就基本上等于零。TMR随着偏压的增加而衰减来源于在左右铁电极的自旋处于反平行状态下隧穿电流随偏压的增加而增加。Fe/MgO界面的几何结构对Fe/MgO/Fe磁性隧道结输运特性的影响很小。Fe/MgO界面被氧化对Fe/MgO/Fe磁性隧道结输运特性的影响非常大。\n 本论文从理论上研究了若干纳米系统的量子输运问题，其中部分计算结果与实验符合得不错。这对于相关的理论和实验研究具有参考意义。

关键词： CdS量子点   聚酰胺-胺树形分子   光致发光   金属离子   表面修饰  

摘要： 以聚酰胺-胺树形分子为模板制备了分散好、尺寸均匀的CdS量子点,并用分光光度滴定法研究了Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+、Mn2+几种金属离子对其光致发光性能的影响。发现不同离子对CdS量子点的发光性能影响不同:Cd2+和Zn2+使量子点荧光增强,Pb2+、Cu2+和Mn2+使其荧光有不同程度淬灭。这归因于金属离子对CdS量子点表面的修饰作用。Cd2+能减少由S2-悬键构成的非辐射复合中心,增强树形分子对量子点表面缺陷的钝化作用,并能在量子点周围形成类肖特基能垒,从而显著增大CdS量子点的光致发光效率。由于ZnS与CdS的晶格参数非常接近,Zn2+能起到与Cd2+类似的作用,使CdS量子点的发光效率大大增强。Pb2+和Cu2+能取代Cd2+在CdS量子点表面生成窄带隙的壳层,对其发光有很强的淬灭作用。由于块体PbS的带隙比块体CuS窄,故Pb2+的淬灭能力强于Cu2+。Mn2+能破坏Cd2+与PAMAM树形分子的配位键,降低树形分子对CdS量子点表面缺陷的钝化作用,且其本身在量子点表面构成了新的荧光淬灭中心,但Mn2+也能形成较弱的类肖特基能垒,故对量子点的发光淬灭作用较弱。

关键词： biocompatible materials   cytotoxicity   luminescence   nanocomposites   quantum dots  

摘要： The biocompatibility and cytotoxicity of quantum CdTe quantum dot-gelatin nanocomposites, and their toxicological impact in live THP-1 macrophage cells, were investigated. Nanocrystal synthesis of the CdTe QDs was conducted using nucleation followed by a process by introducing gelatin, which is a mixture of many single-or multistranded polypeptides, glycine, proline, and 4-hydroxyproline. The gelatin can effectively interact and hold the Cd-TGA (CDL) precursor complex moieties through electrostatic and hydrogen bonding interactions. The cellular toxicity response was measured using a multiparameter cytotoxicity, where dye luminescence intensities can be correlated to toxic phenomena. The gelatin-QD composites pass through the cell membrane and illuminate the cytoskeleton of the THP-1 macrophage cells. QDs alos show lower rates of toxicity (analyzed through decreased cell permeability and an aversion to increased lysosomal pH), which are suitable for bioimaging agents.

关键词： GaAs/AlGaAs   多量子阱材料   透射光谱   结构厚度  

摘要： 通过常规的透射光谱测量,提供一种获取GaAs/AlGaAs多量子阱材料中上电极层、多量子阱区域实际生长厚度的简便、无损伤的方法,这两个厚度参数在器件制备工艺、材料生长参数修正中起关键作用.

关键词： AIInGaN   极化电场   自发发射谱   垒材料  

摘要： 采用k.p方法理论,考虑了极化电场和自由载流子重新分布等因素,通过薛定谔方程和泊松方程自洽求解得到InGaN/AlInGaN,InGaN/GaN,InGaN/InGaN,InGaN/AlGaN量子阱导带和价带的能带结构,并由此计算了不同量子阱结构的自发发射谱.分析对比发现AlInGaN材料特有的自发极化和压电极化效应在阱垒界面处形成的极化电荷对量子阱发光特性有重要的影响.以AlInGaN为垒,优化其中各元素的组分可以减小极化电场的影响,提高量子阱自发发射谱强度.同时,综合考虑了极化电荷和势垒高度的影响,提出了具体的优化方法,并给予了物理解释.

关键词： 超辐射发光二极管   非均匀阱宽多量子阱   光致发光  

摘要： 超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。

关键词： 太赫兹   量子级联激光器   分子束外延  

摘要： 采用分子束外延的方法，生长了GaAs／Al0.17Ga0.85As基共振声子辅助跃迁的太赫兹量子级联激光器结构，并按照单面金属波导的工艺进行了器件制作。材料的结构由高分辨X射线衍射来确定。在温度为9-150K的范围内，测量了器件的I-V曲线。

关键词： 光荧光谱   砷化镓   量子阱   分子束外延  

摘要： GaAs(110)衬底上生长GaAs外延层时,不同生长条件下存在单层和双层两种生长模式,对应反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡呈现出单双周期的变化。通过透射电子显微镜(TEM)、室温和低温光荧光谱(PL谱)对两种生长模式下的样品进行了测量。结果表明,量子阱样品在双层生长模式下光学性能较差,单层生长模式下光学性能比较好,但是量子阱界面会变得粗糙。利用这一特点,采用RHEED强度振荡技术,能够实现在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱。

关键词： 反常输运行为   氮化镓   发光特性   量子阱   极化效应  

摘要： 作为GaN基蓝光、绿光发光二极管(LED)的有源区，InGaN/GaN量子阱的发光性能的显著提高是实现超高亮度蓝光、绿光LED的关键。本文利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长了GaN基LED结构，重点研究了InGaN/GaN对称多量子阱结构(单一阱宽)与非对称量子阱结构(耦合宽窄量子阱)的发光特性。主要研究内容如下：\n 1)从理论出发，概述了C面GaN基材料自发极化和压电极化的起因，结合实验研究了“极化效应”与“激子局域化效应”对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。极化效应造成InGaN/GaN量子阱能带倾斜，导致有效带隙变窄，发光峰位红移；同时由于电子空穴空间上分离，严重降低了辐射跃迁几率，导致发光效率锐减。“激子局域化效应”降低了载流子被穿通位错等非辐射复合中心俘获的几率，从而提高了辐射复合几率；同时由于局域态中更强的量子限制作用，使得电子空穴波函数交叠变大，增加了辐射跃迁几率。极化效应和局域化效应同时存在于InGaN/GaN量子阱结构中，随In组分的增加而增强，两种效应相互制约，共同影响InGaN/GaN量子阱的发光性能。\n 2)研究了盖帽层GaN表面能带弯曲对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。研究表明GaN表面极化中断引起表面电场，导致表面处能带弯曲。这种行为与材料掺杂类型和掺杂浓度密切相关。当InGaN/GaN量子阱离表面足够近，其带边结构将在表面剩余电场的作用下发生变化。由于表面剩余电场和量子阱中极化电场方向相反，因此削弱了量子阱中的极化电场，导致量子阱发光峰位随盖帽层厚度减小线性蓝移。进而根据此线性关系外推出非故意掺杂的GaN表面能带弯曲值约为1.54eV。\n 3)研究了InGaN/GaN量子阱结构MOCVD外延生长中，从InGaN阱层生长温度(低温)到GaN垒层生长温度(高温)的升温过程对量子阱发光特性的影响。研究表明升温过程是一个原位退火过程，它造成了InGaN层中富In区分布的变化：延长升温时间导致富In区由大变小，密度增加，并最终形成高密度的富In类量子点。富In区量子限制的增强导致发光峰位蓝移，同时富In点的密度增加导致发光效率提高。\n 4)首次发现并研究了InGaN/GaN非对称耦合宽窄量子阱间的反常隧穿输运现象，即载流子通过共振隧穿辅助有效地从宽阱(深阱)注入到窄阱(浅阱)中。这与传统的没有极化效应的非对称耦合宽窄量子阱间的载流子隧穿输运行为正好相反。研究发现这种反常现象的根源在于极化效应的存在。

关键词： 第一性原理   密度泛函理论   能带   态密度   量子尺寸效应  

摘要： 本论文采用第一性原理又或日密度泛函理论(DFT)方法对材料的性质进行计算。在第一部分中对新型类钙钛矿复合材料RBaC0407(R=Ca，Y，Yb等)进行了研究，优化了晶格常数，并给出了基态时的能带结构和态密度，讨论了目前计算中遇到的问题及解决的思路。\n 结果表明：低能级部分主要由Y-4p和O-2s电子提供，能带组成的大部分是由Ba、o原子组成的BaOl2、Y、O原子组成的Y08和Co、o原子的CoO4基团贡献；给出了Co的+2、+3价态呈任意配比混合价态的电子结构图像，指出了由于费米能级附近电子主要由Co-3d电子支配，而3d的局域性和强关联性使我们目前DFT计算没能给出费米附近的正确能带结构。\n 在本论文第二部分，我们研究了Pb薄膜在自由无衬底、不同极性的GaAs(111)面上的生长以及掺杂Bi后的量子尺寸效应(QSE)，分别从衬底和薄膜自身的角度对不同厚度的表面能、功函数和晶格驰豫等进行了计算并比较其影响作用。\n 对不同厚度的自由Pb薄膜的计算表明，表面能、功函数和薄膜附近两层的晶格驰豫随厚度的变化是一种9ML大周期叠加在2ML小周期之上的振荡模式，与实验和其他计算结果一致；揭示了量子尺寸效应在调制薄膜生长中的作用。\n 计算了Pb原子在GaAs(111)极性衬底上的生长，包括Ga在顶位和As在顶位的两种情况。研究表明：体系的表面能、功函数和晶格驰豫随着Pb薄膜的厚度出现了强烈的双层振荡，自由Pb薄膜比较，拐点的位置和周期随着衬底及极性的不同有所变化，说明衬底在调控Pb薄膜生长方面具有非常重要的作用。\n 最后研究了掺杂有Bi原子的Pb-Bi合金薄膜的量子尺寸效应。结果表明：量子尺寸效应使表面能等双层振荡的现象仍然存在，但由于Bi-Bi的相互作用使这种振荡在20MI_．后迅速衰减。另外也计算了衬底Ge(111)和Si(111)对Pb-Bi薄膜的作用，发现这两种衬底几乎对Pb-Bi合金薄膜有相同的影响，与之前的实验结果相一致。