关键词： 量子速度极限   量子输运   耗散环境   单量子点  

摘要： 基于量子点输运理论与B ures角度量的方法,研究了耗散环境下单量子点系统输运过程中的量子速度极限特性.结果表明:由于隧穿过程存在库仑阻塞效应与量子相干效应,系统可加速能力随左侧隧穿概率有微小的变化;然而,系统可加速能力随右侧隧穿概率变化明显,归因于动力学通道阻塞与共隧穿的共同效应.能级差的增大使系统向目标态演化需要更长的时间,从而改变系统的加速潜力以及随时间演化的震荡频率.耗散环境中弛豫速率对系统可加速能力的影响不是单调的,存在一个有趣的转折点,当弛豫速率小于该点时,系统的可加速能力产生震荡变化,当弛豫速率大于该点时,加速潜力的变化受到了弛豫速率的单调抑制,弛豫速率的增大总体上抑制了系统的可加速能力.

关键词： 量子点   发光性能   太阳能电池   热注入法  

摘要： 以乙酸银、乙酸铟、硫粉和乙酸锌等为原料,按照新的化学计量比,采用热注入法制备得到一系列掺杂量为0.05~0.30的锌掺杂Ag-In-S量子点发光材料,并分析了量子点样品的微观形态、晶体结构、发光性能和量子产率。实验结果表明制得的量子点发光材料形貌为类球形,平均粒径为(5.0±0.5)nm。荧光光谱结果显示该量子点在近红外区存在广泛吸收,并且在可见光到近红外光区域均具有高发光强度。Zn^(2+)的掺杂使得该量子点的荧光量子产率从8.34%提高到32.90%,同时功率转换效率也得到了显著提高,预计该量子点在敏化太阳能电池领域具有良好的应用前景。

关键词： 材料   GaN基LED   量子阱   渐变层   功率谱密度  

摘要： In组分渐变InGaN/GaN量子阱结构可以有效解决晶格失配所带来的LED发光效率降低的问题。采用Silvaco软件建立了In组分渐变量子阱结构数值计算模型,研究了量子阱中渐变层In组分及渐变层厚度对极化电荷密度、载流子浓度及LED功率谱密度的影响。研究结果表明:随着渐变层中In组分的增加,载流子浓度以及极化电荷密度都在增大,但极化电荷密度增幅较小,峰值功率谱密度随着In组分增加的增长幅度逐渐减小;功率谱密度随着渐变层顶层厚度的增加先增大后减小,渐变层非顶层厚度不均匀时的功率谱密度比均匀时的功率谱密度小。

关键词： 碱金属离子电池   量子点/碳复合材料   异质结构   协同作用   电化学性能  

摘要： 碱金属离子电池作为可充电电池,是目前重要的储能设备之一。它凭借能量密度大、工作电压高、无“记忆效应”、自放电小、绿色无污染等优点在近些年来受到人们的广泛关注。电极材料是影响碱金属离子电池电化学性能的重要因素之一,因此,寻求比容量高、结构稳定的电极材料是推动碱金属离子电池发展的关键。量子点/碳复合材料(QDs/C)集合量子点与碳材料的优势,是碱金属离子电池优异的候选电极材料。本文首先对量子点进行简要介绍,然后分别综述单质量子点/碳复合材料、化合物量子点/碳复合材料及异质结构量子点/碳复合材料在碱金属离子电池中的应用进展。最后,分析量子点/碳复合材料作为碱金属离子电池电极材料的优势与不足,针对目前存在的问题提出了未来发展的方向:(1)探索新型方法,解决量子点及其复合材料的团聚问题;(2)研究SEI膜的结构性能等,解决首次库仑效率偏低的问题;(3)明确反应机理,获取更优异的电化学性能。

关键词： 权威学术期刊   陕西师范大学   凝聚态物理   应用物理   计算数学   通讯作者   博士后   物理学  

摘要： 近日,国际权威学术期刊《PNAS》报道了陕西师范大学物理学与信息技术学院潘明虎教授团队在拓扑量子材料领域取得重大突破。陕西师范大学为第一且共同通讯单位。物理学与信息技术学院凝聚态物理专业博士后邵志斌为第一作者,潘明虎教授、北京应用物理与计算数学研究所张平研究员和北京大学王健教授为共同通讯作者。

关键词： 量子结构   光电材料   光电子器件   航空航天   界面调控   医疗健康   外延生长   智慧生活  

摘要： 低维量子结构光电材料具有灵活的能带剪裁特性、丰富的异质界面可调性、优异的电子输运特性及独特的光学性能等,在超敏、超快、超低功耗、超高集成的新型光电子器件领域有着重要的应用前景,是实现对航空航天、深地深海深空探测、智慧生活、医疗健康等领域的升级变革的一项关键技术。近年来低维量子结构光电材料能带设计、外延生长、界面调控技术的突破性进展,引领了新型量子材料、红外探测器件、高速晶体管、微型显示等多个领域的发展方向。

关键词： 磁阻挫   量子自旋液体   三角晶格   笼目晶格   磁性热力学   核磁共振   计算模拟  

摘要： 上世纪八十年代,理论科学家为了揭示高温超导的机理在理论上提出了一种叫量子自旋液体的新型物态。因为量子自旋液体具有奇异的磁激发,可能揭示高温超导的机理并且应用于拓扑量子计算,所以许多实验科研工作者寻找并研究表现出量子自旋液体行为的材料。虽然数十年内多种量子自旋液体候选材料问世,但是每个材料都有各自的缺陷,比如本领域最有代表性的材料ZnCu3（OH）6Cl2存在严重的Cu2+和Zn2+替位缺陷。这些缺陷严重影响了材料的测量过程和结果,因此直至今日,Zn Cu3（OH）6Cl2材料的基态是否是量子自旋液体、量子自旋液体是否有带隙等问题仍然没有定论。二维三角晶格Cu2（OH）3NO3材料和笼目晶格材料YCu3（OH）6.5Br2.5中均不存在磁性离子的替位缺陷,是实验上理想的研究量子自旋液体的对象。本文对材料Cu2（OH）3NO3和YCu3（OH）6.5Br2.5的磁性质展开研究,主要的研究内容如下: 一、使用水热法合成了Cu2（OH）3NO3大尺寸单晶样品,经粉末X射线衍射仪及单晶X射线衍射仪证实质量很高。稳态场磁化率、脉冲强磁场磁化、比热和弹性粉末中子衍射实验在Cu2（OH）3NO3高质量大尺寸单晶样品上展开。Cu2（OH）3NO3在脉冲强磁场下出现了两个场致量子相变,相变的临界磁场分别为14～19 T和46～52T。虽然材料的稳态场磁化率和比热实验结果显示Cu2（OH）3NO3在低温下发生磁有序相变,但是弹性粉末中子衍射实验未观测到磁长程序的信号。结合多种测量手段绘制出了材料的T-H相图。Cu2（OH）3NO3的稳态场磁化率、脉冲强磁场磁化、比热数据通过Lanczos对角化的多体计算方法进行拟合,计算使用的自旋S=1/2空间各向异性三角晶格海森堡模型半定量地符合材料内奇异相在磁场下的调节行为。Cu2（OH）3NO3的磁性研究得到的结论是,该材料的基态是一个弱的磁长程序和短程共振价键关联的共存态。 二、探索了YCu3（OH）6.5Br2.5材料的完全氘化工艺,进行了第一性原理和多体模型的计算。第一性原理计算的结果显示:材料内的长程相互作用可被忽略;材料内几乎不存在准自由自旋。多体计算的模型考虑了引入Dzyaloshinsky-Moriya相互作用、次近邻相互作用及磁各向异性相互作用等微扰的情况,并且讨论了包含随机分布无序的海森堡模型。多体计算的结果显示,引入考虑局域对称性交换相互作用空间无序的海森堡模型与材料的比热和磁化率数据符合的最好。多体计算还给出了YCu3（OH）6.5Br2.5材料的磁比热,磁比热数据并不符合随机单态阻挫磁体的行为。YCu3（OH）6.5Br2.5材料的计算分析得到的结论为:材料内存在交换相互作用空间无序的缺陷,该缺陷影响了材料的基态磁性质。 三、使用核磁共振技术研究了YCu3（OH）6.5Br2.5材料的动力学性质。材料的核磁共振峰在低温下并未发生劈裂,排除了磁有序相变的可能。YCu3（OH）6.5Br2.5材料的自旋-晶格弛豫时间T1表现出了与其他量子自旋液体候选材料类似的行为。材料的核磁共振峰的展宽和频移,通过Lanczos对角化的计算得到了很好的解释。YCu3（OH）6.5Br2.5材料的核磁共振实验结论是:YCu3（OH）6.5Br2.5材料内的大多数自旋在低温下未被冻结,材料的量子涨落仍然很强。 四、测量了YCu3（OH）6.5Br2.5单晶的极低温热导,未观察到随温度线性变化的热导。极低温热导的实验结论为:YCu3（OH）6.5Br2.5材料内不存在可自由移动的费米激发子。 因为Cu2+3d电子轨道淬灭,是自旋-轨道耦合最弱的自旋S=1/2磁性离子,并且三角晶格Cu2（OH）3NO3和笼目晶格YCu3（OH）6.5Br2.5材料中只有一种化学位置的Cu2+,所以上述材料的磁性质应符合自旋S=1/2各向同性海森堡模型。但是由本文的理论计算可知,两种材料的磁性质均偏离理想的自旋S=1/2各向同性海森堡模型:三角晶格Cu2（OH）3NO3的磁性质与自旋S=1/2空间各向异性海森堡模型的计算结果一致;笼目晶格YCu3（OH）6.5Br2.5的磁性质需在自旋S=1/2各向同性海森堡模型中加入随机分布无序才能符合。与理论有偏差的主要原因是,两种材料均存在各自的缺陷。Cu2（OH）3NO3材料因为对称性低,所以存在Dzyaloshinsky-Moriya相互作用等微扰。YCu3（OH）6.5Br2.5材料因为非磁性离子的替位,所以存在交换相互作用空间无序。这些缺陷制约了本文的研究。未来会寻找并结合理论计算研究更加完美的量子自旋液体候选材料。

关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚   人工规范场   隧穿动力学   非互易量子输运   四阱势   隧穿的相干破坏   量子相干调控  

摘要： 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)因其纯净和易操控等特点,为探索凝聚态体系的新的物理现象及物理机制提供了独特的平台,在高能物理,核物理,量子化学,宇宙物理学等领域有着潜在应用.中性原子BEC不能表现出如带电粒子在磁场中运动那样的丰富的量子多体现象,如拓扑绝缘体,整数,分数量子霍尔效应等.在中性超冷原子中实现人工规范场为BEC的相关研究开辟了新的途径.例如,可以利用人工规范场实现BEC复跃迁幅和Peierls相位,这已在实验中实现.随着理论与实验的发展,人工规范场的多种方案被提出并在实验中实现,其中,利用激光辅助跃迁方法在倾斜超晶格中实现了不依赖于原子的内部结构且广泛可调的人工规范场.在此基础上,在实验上观测到了中性超冷原子的量子回旋轨道.超冷原子在人工规范场中的量子隧穿动力学对研究量子输运的新性质具有重要意义.本文主要研究人工规范场下四阱势中BEC的隧穿动力学,重点关注隧穿的非互易性,系统的研究各种参数对非互易量子输运的影响.本文分为四个部分,主要内容如下:首先,简要介绍超冷原子物理的理论背景以及BEC的形成和制备过程.简要介绍了人工规范场的几种产生方式以及实验实现,重点介绍了利用激光辅助跃迁实现人工规范场的方法.介绍了非互易输运和Floquet理论的相关概念.其次,研究了人工规范场下具有耗散的四阱势中BEC的量子输运动力学.讨论了耗散,耦合强度和人工规范场对四阱势中BEC量子隧穿动力学的影响.研究了在这些参数条件下的量子输运的非互易性.发现通过调节人工规范场等参数,系统在特定的参数范围内发生相干布居破坏现象,从而导致无”输运”现象.同时,研究发现四阱势中BEC在不同参数下的互易量子输运特性始终具有鲁棒性.基于这种现象和特点,设计了一种控制BEC输运的器件——量子互易开关.然后,通过在囚禁BEC的四阱势中引入两个相反的相干驱动,打破了BEC在该系统中量子互易输运的鲁棒性,实现了BEC的非互易量子输运.在无耗散的情况下,探究了直流场约化强度,人工规范场和相干驱动参数对BEC量子输运的影响.发现不相等的直流场约化强度是该系统产生非互易量子输运的必要条件.发现人工规范场作为开关与约化强度共同控制系统的非互易输运和非互易输运方向.在存在耗散的情况下,发现耗散强度在一定程度上能增强BEC在该系统中的量子隧穿的非互易性,并且在其它参数的共同作用下,较小的有效耦合强度有利于实现BEC的具有强隔绝度的单向非互易输运.同时也发现,当阱间耦合幅度相等且特定相位条件下,将有一半几率的BEC稳定布局在两个相邻的势阱之中,另一半几率的BEC耗散导致其他势阱无布居,值得注意的是,该现象不依赖于相干驱动和约化强度.最后,对本文的工作总结,并对该方向的研究前景和以后的工作进行展望.

关键词： 量子点   抗病毒药物   高灵敏检测   流感病毒   液态芯片  

摘要： 因流感病毒引起的流感是严重的人畜共患病,每年因流感病毒感染导致数百万人的死亡和巨大的经济损失,不仅给全球公共卫生安全和经济带来巨大的挑战,而且影响社会发展。疫苗接种是目前应对流感大流行的首选方法,但疫苗只能用于预防性应用。此外,因流感病毒抗原漂移产生的快速变异限制了疫苗的时效性而且存在生产周期长,易产生过敏反应等问题。在病毒快速进化和开发合适疫苗之间的漫长时期内,迫切需要抗病毒药物。目前抗流感病毒的药物大致可分为三类:M2离子通道抑制剂、NA抑制剂以及病毒聚合酶抑制剂。尽管这些药物在临床具有相当大的抗病毒能力,但近年来关于流感病毒耐药变异的报告越来越多,另一方面长期使用M2离子通道抑制剂或NA抑制剂会表现出神经副作用。因此,迫切需要开发新型的广谱抗流感病毒药物。除了抗病毒药物以外,在疫情爆发初期,病原体的早期诊断对于疫情的控制也发挥着至关重要的作用。令人兴奋的是,得益于纳米技术和纳米科学的快速发展,涌现出许多新型纳米材料。其中,量子点因其独特的理化性质使其在病毒早期检测以及抗病毒治疗中展现出巨大的潜力。利用纳米技术开发快速高灵敏的生物传感器和新型的抗病毒药物在未来病毒大流行中具有广阔的应用前景。本论文立足于量子点纳米材料的设计、合成并利用合成的量子点纳米材料开发高灵敏的诊断方法及广谱的抗流感病毒药物并对其作用机制进行探究,为未来疾病的检测和新型抗病毒纳米药物的开发提供新的思路及理论支持。全文具体研究内容概括如下:1.量子点纳米球的合成及其在流感病毒高灵敏诊断中的应用以聚苯乙烯纳米球为模板,通过简单的聚电解质介导的表面改性实现将QDs通过静电吸附作用吸附在聚苯乙烯纳米球表面,然后通过层层包埋的策略将二氧化硅包覆在其表面,既保证了QDs在各种缓冲液中荧光的稳定性又实现了纳米球的生物相容性。合成的高荧光量子产率、尺寸均一的荧光量子点纳米球可作为新型荧光信号输出材料。同时制备了磁性微球作为反应载体,以避免反复的离心操作,进一步简化实验流程,进而设计了对流感病毒具有特异性识别的高灵敏荧光免疫分析悬浮阵列芯片检测平台。相较于量子点,新合成的量子点纳米球的荧光强度提高达14倍;与商业化时间分辨铕掺杂的荧光纳米球相比,抗猝灭性能更强。我们新型的悬浮阵列芯片平台检测限可达25 PFU/m L。该生物传感器特异性良好,与H1、H3等亚型流感病毒以及NDV,IBDV没有任何的交叉反应。2.基于甘草酸的碳量子点的合成及对流感病毒的抗病毒效果和机制研究首先,以中草药甘草中提取的三萜皂苷化合物甘草酸作为起始原料,通过简单的一步干热裂解法合成了基于甘草酸的碳量子点(GA-CDs)并系统研究了其对流感病毒的抗病毒活性及作用机制。实验结果表明,甘草酸经脱水、缩合、碳化及表面钝化以后所形成纳米粒子分散性良好,尺寸均一,平均尺寸为4.2 nm。相较于原料甘草酸,GA-CDs表现出显著提高的水溶性及抗病毒活性并且抗病毒活性和水溶性与反应温度有密切关系。在最优的反应温度下,20μg/m L的GA-CDs可显著抑制流感病毒增殖,而原药甘草酸即使在200μg/m L也没有表现出任何的抗病毒效果。进一步机制研究表明,GA-CDs主要通过抑制病毒的内化、基因组的复制以及NA酶活性发挥抗病毒作用,同时还可以显著抑制炎性因子的表达。最后,体内实验结果同时证明经碳化形成的GA-CDs可显著降低流感病毒感染引起的体重丢失、肺部病毒滴度及病理损伤,提高存活率,而在相同的浓度下,原药甘草酸没有任何的抗病毒效果。

关键词： 二氧化钛纳米管   水相量子点   半导体复合   环构化  

摘要： 可见光作为新型能源具有廉价易得、环境友好、使用简单等优点,受到化学家的广泛关注。二氧化钛（Ti O2）因其化学性质稳定、无毒、抗腐蚀性强且价格低廉成为广受研究的半导体光催化材料。然而,纳米二氧化钛的禁带宽度较宽,因此只能被波长小于380 nm的紫外光所激发,无法有效利用太阳光。另外,纯二氧化钛在光激发下产生的电子空穴对容易复合,这限制了其在光催化领域的应用。为了提高二氧化钛纳米材料的太阳光能利用率,人们采用不同的改性方法,如贵金属沉积、半导体复合、金属离子协同等手段。本文报道了一种在常压水介质中合成CdSe/CdS核壳结构量子点的有效而简单的方法,该量子点成功地负载于在二氧化钛纳米管（TNTs）表面,形成了QDs/TNTs复合光催化剂材料。这种复合光催化剂材料成功应用于芳胺与一系列醛之间的环化反应,得到了相应的氮杂环类化合物。结果表明,本文开发的QDs/TNTs复合光催化剂材料具有催化活性好、成本低、易于回收、可多次使用等优点。主要研究内容如下:（1）QDs/TNTs复合光催化剂材料的制备方法。首先用水热法制备二氧化钛纳米管（TNTs）,这种管状结构具有较大的比表面积,可以提供良好的附着点。接下来采用直接的水相合成法,制备了水相量子点Cd Se/Cd S核壳结构量子点。采用浸渍法制备出QDs/TNTs复合光催化剂。通过电镜和紫外可见吸收光谱等表征分析,结果表明水相Cd Se/Cd S核壳结构量子点成功分散于二氧化钛纳米管（TNTs）表面,提供了高度分散的活性位点,并将两个半导体之间的界面接触最大化。通过紫外-可见光谱图显示,该复合光催化剂材料在区具有较宽的响应范围,提高了太阳光利用效率。（2）QDs/TNTs光催化诱导芳胺和芳醛类化合物的环化脱氢反应。我们使用QDs/TNTs复合光催化剂材料进行芳胺和芳醛类化合物的脱氢环化反应,并对催化剂、溶剂和底物浓度进行优化以获得最佳产率。在最佳条件下,我们扩展了芳醛类底物的底物范围,成功地合成了喹唑啉类衍生物和苯并噻唑类衍生物等含氮杂环类化合物,产率中等偏上。我们测试了复合光催化剂材料的形貌和紫外可见光谱,发现该催化剂在重复利用后仍然保持着良好的管状形貌,量子点分布均匀,在可见光区显示良好的吸光性能,这表明复合催化剂材料的稳定性良好,在光催化有机合成方面具有良好的应用前景。