关键词： 碳纳米管   量子输运   碳单质形态   理论物理   窄带半导体  

摘要： 碳纳米管是新发现的碳元素的另一种单质形态。它具有纳米数量级直径和微米数量级长度的圆柱面的外形。碳纳米管可以看作是由正六边形格子的石墨结构卷曲而成，具有很高的旋转对称性和平移周期性，因此具有优良的力学和电学性质。碳纳米管既可以表现为金属性质及半金属性质、又可表现为窄带半导体性质，完全取决于它的螺旋度和直径。甚至在同一根碳纳米管的不同区域，它也可以展现不同的电学性质，是量子力学基本原理不可多得的理想的实验样品。基于碳纳米管在纳米光电子学及分子器件量子计算机方面潜在的应用前景，碳纳米管的物理性质研究成为当前凝聚态物理和材料科学的前沿热点课题。\n 本文主要从理论上研究碳纳米管的结构性质和电子输运性质。探讨了碳纳米管的几何结构与电子性质的关系、多壁和单壁碳纳米管圆环的形成机理、多壁碳纳米管中电子输运的弱局域化现象、碳纳米管的分子内异质结的电子结构及其对电子输运性质的影响、单壁碳纳米管中电子的弹道输运以及电极与碳纳米管间的界面散射所引起的量子干涉对碳纳米管量子电导的影响等内容。论文共分为五章：\n 第一章为引言。这一章对碳纳米管研究的发展历史，碳纳米管的合成方法、研究现状，它的基本性质及应用前景作了简单的评述。\n 第二章为碳纳米管的几何与电子结构。首先利用Bloch定理推导出了石墨层的能带结构，再利用石墨能带折叠法求出了碳纳米管的能带和色散关系。由此证明碳纳米管可以表现为金属性的、也可以表现为窄带半导体性质，完全取决于它的螺旋度和直径。在金属性质碳纳米管的费米面附近，得到了简化的能量色散关系。\n 第三章为碳纳米管环的形成机制。在这一章中我们运用连续介质弹性理论模型探讨了碳纳米管环的形成机制。我们的结果表明多壁碳纳米管环的形成是由于层间的vanderWaals互作用能量、多壁碳纳米管的最外及最内表面的表面能、碳纳米管相对于石墨平面的卷曲能量、及碳纳米管相对于直管的弯曲弹性能量的竞争结果。形成过程是满足总的形成自由能为零的自组织过程。单壁碳纳米管环的形成是为了悬挂键的重新成键以降低系统的总能量。所形成的单壁碳纳米管环的半径所对应的成形阈能最小。\n 第四章为弱局域化效应与多壁碳纳米管的磁电阻。这一章中我们介绍了AB效应与AAS效应的基本特征，并且在弱局域化模型的框架下建立了一个围绕碳纳米管管轴传播多圈的电子分波的多圈量子干涉模型，解释了在较大直径的多壁碳纳米管电子输运实验中观测到的磁电阻随磁通量的高频振荡。\n 第五章为单壁碳纳米管的量子输运。与宏观的电路器件不同，电子通过单壁碳纳米管时的输运过程不再是由经典的扩散方程决定，而是一个由量子力学描述的复杂过程。在第一节中我们给出了由紧束缚近似Green函数方法计算单壁碳纳米管的量子输运过程的详细推导。第二节中我们利用第一节中介绍的方法计算了几种典型的单壁碳纳米管分子内异质结的电子结构和输运性质。计算结果表明金属－半导体异质结的界面处有局域束缚态，输运性质等效于一量子点。金属－金属结的输运性质很有趣。在费米面附近，两个金属性质的碳纳米管连接起来不一定仍表现为金属行为。金属－金属结的电导对两个碳纳米管的连接方式非常敏感。第三节中我们探讨了单壁碳纳米管电子共振腔的量子电导随门电压振荡的起因。计算结果表明了电导随门电压快振荡及慢振荡背景都是金属碳纳米管的本征属性所引起的电子波的量子干涉所致。缺陷和无序都对规则的快慢振荡不利。实验中观测到的深的电导下落则来源于吸附在碳纳米管表面的杂质原子。第四节中我们研究了公度的(5，5)@(10,10)、(9，0)@(18,0)与非公度的(9，0)@(10,10)和(5，5)@(18,0)双壁碳纳米管(DWNTs)的管壁耦合及其电极界面散射对它的量子输运性质的影响。对于公度的双壁碳纳米管(5，5)@(10,10)和(9，0)@(18,0)，管壁间耦合和电极界面散射都能导致量子电导的振荡。而对于非公度的DWNTs(9，0)@(10,10)和(5，5)@(18,0)管，量子电导随门电压的振荡不会由管壁间耦合产生、但是可由电极界面散射激发。外管壁为Zigzag管型的DWNTs不会出现背景慢振荡。

关键词： Ge量子点   Si基光电子   自组织纳米微结构   异质外延生长  

摘要： 在当今Si基光电子研究中,SiGe材料系自组织Ge量子点是最有希望对Si材料运用能带工程实现人工改性的途径之一。Ge在Si上 4.2 %的晶格失配可以制造大小尺寸不同的纳米结构,还可适应其他多种器件需要。对自组织Ge量子点的形成过程、形貌演化、光学和电学性质,以及提高量子点平面排布有序性的方法进行了系统的分析和研究,并着重介绍了实验中发现的新现象、新模型和新方法,其中包括量子点的反常形状跃迁、自覆盖效应、Ge/Si量子点的II型能带结构。

关键词： SOA   偏振无关   TM模增益   混合应变量子阱  

摘要： 采用MOCVD外延交替生长了压应变、张应变InxGa1-xAsyP1- y多量子阱材料 ,对应1.3μm波段 平均应变量 - 0 .16 % ,周期 11nm 采用三个周期外延材料的芯片制作的LD 。

关键词： 低维半导体材料   量子线   应用   综述  

摘要： 综述半导体量子线材料的最新动态和发展趋势。

关键词： 纳米材料   半导体量子点材料   纳米半导体材料   IV族量子点材料   Ⅲ-Ⅴ族量子点材料   II—VI族量子点材料  

关键词： 锂离子二次电池   正极材料   镍酸锂   量子化学   从头计算   开路电压   迁移   能带  

摘要： 利用周期性体系的Hartree-Fock方法计算了以LiC6/LiNiO2锂离子二次电池的平均电压,结果与实验值相差+15%。计算表明,NiO2中嵌入一个Li原子变成LiNiO2后,负电荷主要从Li转移到O上,转移到Ni上的负电荷仅约20%,讨论了其对Jahn-Tell效应的影响。以Li0.5NiO2作为嵌锂中间物的代表,研究了锂离子的可能迁移路径。通过对NiO2和LiNiO2的电子态密度的计算,研究了NiO2在嵌锂过程中的能带变化及其对电极的电化学性质的影响。

关键词： 缓冲层   多量子阱材料   GaAs/Ga1-xAlxAs共振态   密度   格林函数方法   MQW器件   复合材料  

摘要： 从理论上研究缓冲层的厚度和特性对多量子阱材料 (GaAs/Ga1-xAlxAs)中的共振态的影响 ,利用界面响应理论的格林函数方法 ,计算了局域和总电子态密度以及电子对结的穿透率 ,展示了缓冲层特性对态密度特征峰、穿透率的影响。结果表明 。

ISBN: (纸本)7040119676

关键词： 自组织量子点   量子点垂直腔面发射激光器   光致发光   载流子弛豫  

摘要： 对量子点材料的光学性质、电子弛豫、缺陷及量子点有序分布进行了系统的研究;在此基础上设计并研制了量子点垂直腔面发射激光器结构.取得了以下主要结果:(1)对量子点有序分布的研究:通过多层量子点之间的应力耦合和垂直对准,得到了平面内量子点成线状排列的样品.为得到排列更为整齐的量子点样品,须进一步优化量子点生长条件.实验发现,对于单层2.5MLInAs量子点,在生长前沿不平整的区域,量子点趋于排列成线.(2)与单层2.5MLInAs量子点相比较,多层量子点的基态跃迁幅射蓝移、半高宽增大、能级间隔减小.这是由于多层长波长量子点界面间的In、Ga原子互扩散比较严重.降低多层量子点的间隔层的生长温度,能减轻In、Ga原子互扩散,从而有效地抑制多层量子点的基态跃迁辐射蓝移、半高宽增大和能级间隔减小.(3)采用了正电子湮灭技术来研究自组织量子点材料的缺陷分布,此项工作国际上尚属首次.研究结果表明:平均宽度和高度为40nm和70nm的2.5ML InAs自组织量子点无缺陷,缺陷主要产生在量子点上面的GaAs盖层上,这些缺陷的产生是由于GaAs和InAs之间的晶格失配,和量子点不平的上表面造成的.引入应力缓解层,量子点上面的GaAs层内缺陷减少.正电子湮灭技术是研究自组织量子点材料的缺陷分布的一个有效手段.(4)对密度为2.2×10<\'10>cm<\'-2>的量子点进行变功率及变温光致发光研究表明,量子点基态PL峰远未达到饱和的情况下,有激发态PL峰产生,即处于激发态的载流子无法通过发射LO声子弛豫到基态,存在声子瓶颈效应.随着温度升高,量子点第一激发态PL峰强度与基态PL峰强度的比值下降,说明温度升高导致声子瓶颈效应减弱.分析认为,可能是由于复合LO±LA双声子弛豫机制起作用.根据上述实验现象,进行了理论分析和计算,得到了量子点PL峰强度随温度变化的关系式,与实验结果相吻合.(5)密度为5×10<\'10>cm<\'-2>的量子点室温光致发光谱中没有量子点的激发态PL峰,意味着载流子在量子点中快速弛豫.载流子在量子点中快速弛豫对应着电子-空穴散射的弛豫机制.(6)进行了量子点垂直腔面发射激光器结构设计.制备了中心波长1296nm、反射带半高宽185nm的分布布拉格反射器(DBR),生长的23周期DBR,在1.3μm处,反射率为99.3％,绝对值低于理论值0.4％.生长了两种类型的量子点有源区,发光波长分别为1.28μm,1.31μm.制作了三层量子点为有源区,23周期AlAs/GaAs为上DBR,28周期AlAs/GaAs为下DBR的量子点垂直腔面发射激光器结构,正在与合作者一起进行后工艺制备研究.

关键词： 电致发光材料   能级结构   量子化学  

摘要： 该文利用量子化学计算方法分别对吡唑啉衍生物和EDOT低聚物的吸收光谱、能级结构进行了理论研究.第三章中,采用从头计算法B31YP/6-31G半经验方法AM1、PM3对吡唑啉衍生物的构型进行了优化,结果表明,半经验方法对构型的优化是可行的.在构型优化的基础上,运用ZINDO方法对衍生物的吸收光谱进行了计算;运用AM1、PM3方法对衍生物的能级结构进行了计算.结果表明,计算值与实验值相吻合.在此基础上,讨论了材料分子的主链结构、取代基供/吸电子的性质以及空间位阻效应对能级结构的影响.第四章,采用半经验方法AM1、PM3对EDOT低聚物的构型进行了优化.在此基础上,运用ZINDO方法对低聚物的吸收光谱进行了计算,运用AM1/PM3方法对低聚物的能级结构进行了计算.讨论了材料分子的主链结构、EDOT基团在主链中的位置、推拉电子取代基等对材料的能级结构的影响.并预测了几种EDOT低聚物的能级结构.