关键词： 太赫兹   量子级联激光器   波导   金属丝   表面等离子激元  

摘要： 半导体太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是一种重要的THz辐射源，THz波导传输对THz技术的发展也非常重要。本文主要研究了THz QCL的电子输运和波导特性，探索了THz金属丝波导的传输机理。研究结果对理解THz QCL中载流子的散射机制和波导特性，优化THz QCL设计有重要意义。本文的主要研究内容和结论如下： 1．研究了THz QCL中电子-LO声子(受限制声子和界面声子)、电子-电子和电子-离化杂质等相互作用的散射率，并计算了温度和掺杂浓度等因素对散射率的影响。结果表明，LO声子散射和电子-电子散射是THz QCL的主要散射机制，在量子阱较宽的情况下，受限制声子的散射率可以与界面声子的散射率相比，在计算过程中应考虑到受限制声子的贡献。 2．采用二维有限元方法研究了THz QCL的波导特性。结果表明，随着有源区掺杂浓度的提高，波导损耗增加，阈值电流增加，波导限制因子降低。双面金属波导具有良好的光模限制作用，限制因子较单面金属波导有明显提高，导热性良好。随着波长增加双面金属波导的优点更加突出。 3．通过求解THz传播模的特征值方程研究了THz金属丝波导的传输特性。结果表明，随着频率增加，金属丝波导的群速度降低，损耗增加；随着金属丝半径增加，金属丝波导群速度和损耗降低。采用高介电常数的金属可提高金属丝波导的传输性能。改变金属丝表面包覆层的厚度可很好地调制金属丝波导的传输特性。

关键词： 低维纳米结构   量子线   耦合效应   声子输运   热导  

摘要： 二十世纪五十年代后期,朗道的工作开创了量子输运本质的研究。在过去二十多年的时间里,一维纳米结构中的电子输运的物理性质受到了极大的关注。近年来,微结构的尺寸可与结构的声子波长相比拟的介观系统的低温热输运已经引起了实验和理论研究的广泛兴趣。在本文中,我们主要研究量子线中的声学声子输运和热导。 利用散射矩阵方法,我们研究了带结构缺陷的量子线中的边界条件对热导的影响。当应力自由边界条件、硬壁边界条件、混合边界条件应用到声子输运通道时,热导是不相同的。我们对这三种情况下的热导进行了比较。发现只有当应力自由边界条件应用到通道,并且缺陷为空时,低温下的量子化热导才存在。当通道应用硬壁边界条件或者是通道应用应力自由边界条件而缺陷为硬材料时,低温下的热导不是量子化的,再有,热导对缺陷宽度和缺陷在量子线中的位置的变化很敏感。 考虑到多通道纳米结构在磁场或电场中的传导呈现比较大的振荡的情况,我们研究了相似的结构中的声学声子透射和热导,以期得到相似的现象。通过计算,我们发现通道之间的模耦合效应强烈地影响着声子输运,并且这种影响对于不同的边界条件是不相同的。通道中的各处满足相同的边界条件,即应力自由边界条件或硬壁边界条件时,透射谱呈现出类台阶行为,并且在应力自由边界条件下,透射谱的振荡比较大。突然的跳跃一般发生在整数约化频率处,一般整数约化频率处有新模的激发。当通道各处的边界条件不一致时,透射谱没有出现类台阶行为,代之以不规则的振荡。 接下来,我们研究了耦合缺陷对热导的影响,同样用到散射矩阵方法。在我们的计算中,考虑了三种类型的耦合缺陷,即两缺陷同为硬材料、两缺陷同为空和两缺陷中一缺陷为硬材料一缺陷为空的情况。详细地讨论了热导随两缺陷的距离及温度的变化情况。结果表明,在不同的温度下,热导随两缺陷之间的距离变化明显不同。低温下,总热导几乎不受两缺陷距离的影响,随着温度的升高,总热导随两缺陷之间的距离增大在明显减小。到两缺陷的之间的距离增大到一定程度时,热导几乎不随距离改变。从计算的结果还能得出三种情况下热导都随量子线的宽度增加而增大。与纳米线中单缺陷对热导的影响相似,改变耦合缺陷的大小以及在纳米线中的位置,都对热导产生明显的影响。 为了更进一步研究不同纳米结构中的热输运问题,我们研究了三维纳米线中的声学声子透射和热导。主要考虑了横截面的形状对热导的影响。同时,对三维和二维纳米线中的热导进行了比较。发现三维量子线中两相邻区域的横截面越不一致,热导越小。固定I区的横截面而改变II区的横截面时,随着II区横截面的增大,热导是减小的;固定II区的横截面而改变I区的横截面时,随着I区横截面的增大,热导是增大的。该结论与三维量子线中电子输运的情形类似。

关键词： 过极化率   激发态   含时密度泛函理论   有机共轭低聚物   量子输运   非平衡矩阵格林函数   分子电子器件  

摘要： 本论文主要讨论了两个课题。第一个课题是关于有机共轭低聚物过极化率的理论研究。这一部分分为三个章节,即本论文的第一、第二和第三章。第二个课题是关于分子器件量子输运的理论研究。相关讨论分为两个章节,即本论文的第四和第五章。 过极化率是刻画分子激发能在外电场下如何变化的物理量。对于中心对称分子,激发能在外电场下的行为主要由分子的过极化率决定。关于有机共轭低聚物过极化率的理论研究现在仍然处在起步阶段。原因在于有机共轭低聚物包含数量庞大的原子。利用传统的高精度的量子化学方法计算这些分子的激发态电子结构需要计算机有着非常高的硬件条件。上世纪八十年代含时密度泛函理论的出现为研究大分子的激发态性质提供了有力的理论武器。利用含时密度泛函方法计算分子的激发能对计算条件的要求要低得多,但却有较高的准确性。在密度泛函理论中,交换关联势起着举足轻重的作用。随着交换关联势的不断发展,含时密度泛函方法的精度也在不断提高。本论文的第一个课题将讨论两个问题。第一,利用含时密度泛函方法能否准确的计算有机共轭低聚物的过极化率。第二,在回答了第一个问题的基础上,我们利用含时密度泛函方法研究分子从非驰豫的激发态向驰豫的激发态演变时过极化率的变化。我们选择了一些在理论界和实验界经常讨论的有机共轭低聚物作为研究对象,并且只讨论这些分子第一个偶极矩跃迁激发态的过极化率。对于这些分子,第一个偶极矩跃迁激发态可以比较容易的由可见光激发获得,因此这一激发态也就成为了光电器件工作过程中的一个重要状态。 分子量子输运的理论研究是设计和制造功能分子器件的基础。我们将非平衡矩阵格林函数理论与密度泛函理论相结合定量的计算了分子的量子输运。在分子的量子输运中,具有非局域性质的π电子轨道对分子电流的贡献最大。众所周知,π键具有很强的方向性。当有机共轭分子的某些部分发生扭转时,π电子轨道的连续性程度将会降低。我们将研究π电子轨道连续性程度与整个分子的量子输运之间的关系。相关结论为实现有机共轭分子电流调控提供了一些方法,从而有助于设计功能分子器件。

关键词： 纳米材料   碳纳米管   量子输运   轴向磁场  

摘要： 纳米材料被誉为21世纪的重要材料，它是构成未来智能社会的支柱之一，而碳纳米管在纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管可以看成是由石墨片卷曲而成的准一维的管状纳米材料。根据卷曲的不同方式，碳纳米管可以是金属，也可以是半导体。\n 轴向磁场对碳纳米管的电子和输运性质的调制作用是目前碳纳米管研究中的一个热点。理论和实验研究都发现，由于Aharonov—Bohm效应的存在，碳纳米管的电子和输运性质随轴向磁场以ф0(h/e)为周期变化；并且，轴向磁场还可以使碳纳米管发生金属—半导体或半导体—金属相变。目前，轴向磁场对碳纳米管的电子和输运等各方面性质影响的研究正方兴未艾。\n 本文拟通过解析并结合部分数值计算的方法探讨轴向磁场对碳纳米管的电输运性质的影响。本文的安排如下：\n 第一章，介绍碳纳米管研究的背景、历史，以及碳纳米管的基本结构，包括几何结构和电子结构等。并对碳纳米管的力学、热学、光学和磁学等性质作一个综述性的介绍。\n 第二章，首先介绍电磁场对周期性结构中电子的能带和输运性质的影响；然后分析Aharonov—Bohm效应对周期性结构中的电子的影响；最后，在紧束缚近似下，得到轴向磁场中碳纳米管的电子能带和波函数。\n 第三章，先建立一个计算碳纳米管电导的理论模型。在此模型的基础上，利用第二章得到的轴向磁场中碳纳米管的电子能带和波函数，并结合边界条件以及Landauer—Büttiker公式得到碳纳米管的电导。随后，分析了磁场对碳纳米管电导的影响。我们发现，在碳纳米管和电极的耦合较强的情况下，碳纳米管的电导呈现出量子干涉的特征；碳纳米管的电导随磁场做周期性的变化，这一点符合Aharonov—Bohm效应的预测。最后，还分析了轴向磁场对碳纳米管量子干涉的快慢振荡周期的影响，得到了碳纳米管快慢振荡周期的解析表达式。\n 第四章，如前所述，由于Aharonov—Bohm效应的存在，碳纳米管的电子和输运性质随磁场以φ0为周期性变化。但是，单壁碳纳米管的直径很小～1nm，与之相对应的碳纳米管一个周期φ0的磁场约为～1300Tesla，这一磁场显然过于巨大，目前还不可能在实验中实现。但实验上发现了单壁碳纳米管电导随磁场变化的另外一种周期性现象—拍频，拍频来源于碳纳米管费米面附近的两个能带的干涉。我们讨论了拉伸和扭转两种形变对碳纳米管拍频周期的影响。发现，在拉伸形变下，拍频周期随手性角的增加而增大；而扭转形变下，拍频周期随手性角的增加而减小。我们的研究还表明，形变导致的拍频现象比曲率效应导致的拍频现象要明显的多。\n 第五章，当碳纳米管与接触电极耦合较弱时，碳纳米管的电导呈现出量子点的特性。我们利用如前的模型和方法，并结合常量相互作用模型(ConstantInteraction Model)数值计算了轴向磁场中armchair和金属zigzag管量子点的电导。发现，armchair管的电导峰可以是两电子周期的，也可以是四电子周期的，取决于碳纳米管的长度。而zigzag管的电导峰却都是四电子周期的。在轴向磁场的作用下，armchair管的两电子(或四电子)周期并不会被磁场所劈裂；而zigzag管的四电子周期却会被磁场所劈裂，并且，随着磁场的增加，会重新组合成四电子周期(此处的磁场称为层间交叠磁场)，然后再劈裂，再组合……。为了解释这一现象，我们解析地推导了所有金属碳纳米管的层间交叠磁场，根据我们的解析推导结果看，层间交叠磁场的斜率随碳纳米管的手性角的增大而减小，即：zigzag管的层间交叠磁场的斜率最大，其次为chiral管，armchair管的层间交叠磁场的斜率为0，这就解释了我们的数值计算的结果。

关键词： 介观环   自旋极化流   AC效应  

摘要： 介观AC环的自旋极化流可以通过调节外电场来调制,由此可以把AC环作为自旋开关.很多文章针对介观环中的输运现象作了较为系统的理论研究,其目的是为设计和实现具有优良性能的量子器件提供物理模型和理论研究依据.

关键词： 量子尺寸效应   能级间距   临界粒径  

摘要： 在理解纳米材料量子尺寸效应的基础上,对久保提出的分立平均能级间距与热能的关系公式δ=4EF与温度T之间的关系公式d03<1.078×T 10-14n-31m3,由此讨论临界粒径d0与温度T之间的关系,并进而应用公式举例计算纳米级金属颗粒出现量子尺寸效应的临界粒径。

关键词： ZnS:Er量子点   光致发光(PL)   LD红外激发   红外发射  

摘要： 在水性介质中,制备了ZnS:Er量子点,并对其的X射线(XRF)谱、X射线衍射(XRD)谱、透射电子显微镜(TEM)图像和光致发光(PL)谱进行了研究,确定了所制备的ZnS:Er量子点材料中Er的浓度,观测到ZnS:Er量子点呈粒径为4nm的近球型结构。利用LD激发,在LD不同电流强度下得到ZnS:Er量子点从波长1500nm到1650nm的宽谱发射,并随着电流强度的增加ZnS:Er量子点的发射强度明显增加,当电流强度达到1.5A时,1545nm波长处的发射峰更明显。

关键词： GaN   Si衬底   LED   位错   TEM   DCXRD  

摘要： 用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为108cm-2量级,其中多数为b=1/3〈1120〉的刃位错.

关键词： .stacking   Bandgap   PbSe   Wavelength Region   woodpile structures   resin   three-dimensional photonic   Woodpile PCs   QD composite  

摘要： Incorporating active media into three-dimensional (3D) photonic crystals (PCs) is a useful step towards exploring the functionalities of PCs. Here we report, for the first time, on the fabrication of 3D woodpile PCs with a commercial PbSe quantum dot (QD) composite material by using the two-photon polymerization technique. The fabricated crystals possess photonic band gaps in the near-infrared wavelength region, which have a suppression rate of similar to 50% in the stacking direction, measured with an angle-resolved Fourier-transform infrared spectrometer. The woodpile structures fabricated under different conditions are also characterized by using a scanning near-field optical microscope, providing a useful feedback towards optimizing the fabrication of 3D woodpile PCs in QD composites. (c) 2006 Optical Society of America.

关键词： 全光功能开关   自旋弛豫时间   InGaAsP   组分   阱宽  

摘要： 采用有效质量框架下一维有限深势阱模型对InGaAsP多量子阱的组分和阱宽之间的关系进行了计算,利用更符合实验结果的Harrison模型来计算带阶,分别就晶格匹配和应变补偿两种情况进行了比较计算,最后根据要制作的全光功能开关的性能指标对计算结果进行了选择,得到最适合于制作光开关的材料。