关键词： 硫量子点   层状硫纳米材料   光学特性   电化学发光   催化特性  

摘要： 自2004年石墨烯纳米材料的出现,掀起了人们对二维纳米材料的研究热潮,相继出现了黑磷、二硫化钼以及氮化硼等。类似于碳、磷元素,硫元素也可以以单质形式存在,硫量子点展现了碳材料不可比拟的光学特性。鉴于碳纳米材料零带隙,黑磷纳米材料制备复杂、稳定性差等缺点,本实验研究开发了新型硫纳米材料(硫量子点和层状硫纳米材料)。对硫纳米材料进行透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV)、荧光光谱(PL)、X射线衍射图谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)等表征,进一步考察了硫纳米材料的光催化特性。研究一以硫脲为硫源,在碱性介质中,双氧水为氧化剂,聚乙二醇400为稳定剂,建立了简单的水热法合成硫量子点方法。合成硫量子点具有较好的水溶液分散性和较强的荧光强度;合成的硫量子点展现了激发相依性的荧光发射特征,且展现出较好光降解催化性能和良好的稳定性,作为催化剂可重复利用。考察了合成硫量子点的电化学发光特性,在不同介质中(酸性、碱性、中性)均可以产生电化学发光。以该方法制备的硫量子点解决了传统方法制备时间长的问题,拓宽了其应用领域,为硫量子点的潜在光催化应用提供参考。鉴于石墨烯的研究启发,研究二以升化硫粉和牛血清蛋白(BSA)为原料,在超纯水中通过超声剥离方法得到新型二维层状硫纳米材料(S-NSs)。所制备出的层状硫纳米材料分散性较好,展示出从紫外区到可见区较宽范围的光吸收特性和独特的多波段光致发光(PL)特性,在施加线性电位扫描或者脉冲阶跃扫描中,层状硫展现出明显的电化学发光(ECL)辐射现象。制备的层状硫纳米材料展现出N型半导体特性,并且具有较好的空气稳定性(空气中可以稳定近2月)在光电催化领域展现出较好的可见光催化活性,可以降解罗丹明B有机物。制备的新型二维纳米材料层状硫将可能应用于光催化、传感器、光电子和晶体管等领域,对解决目前已有二维材料的局限性,开发新型材料提供参考。本论文制备硫纳米材料(硫量子点和层状硫纳米材料)的条件温和、操作简单、制备的硫纳米材料水溶性好,具有优良光学稳定性以及催化性能。有望应用于生物荧光标记分析、催化降解、光电器件等领域。

关键词： 量子点   可饱和吸收体   窄线宽   光纤激光器  

摘要： 窄线宽光纤激光器不仅具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、鲁棒性好等优点,还具有低噪声、窄线宽、长相干长度等特点,在光纤传感、相干光通信、激光高精密测量、引力波探测等领域形成了广泛应用,还有巨大新的应用前景,至今仍然是全球研究的热点。基于可饱和吸收体的窄线宽激光器具有成本低、制作简单、输出线宽窄等优点,是窄线宽光纤激光器新的发展方向之一。现阶段通常使用增益光纤作为可饱和吸收体来获得窄线宽输出,但其具有种类较少、占用空间较大等缺点,从而限制了该激光器的应用范围。纳米材料可饱和吸收体具有优异的可饱和吸收性,与光纤结合区域较短、制作成本低等优势,在光子学中有着广泛的应用。最近出现的二维过渡金属碳（氮）化物（MXene）具有丰富的子类和独特的二维结构,在表面亲水性、金属导电性、电化学特性和光学性能方面具有优势。与二维纳米材料相比,量子点材料尺寸小、带隙宽,同时拥有强的边缘效应与量子限域,具有更强的光学性能。本文重点研究MXene量子点材料的可饱和吸收特性,并将其应用于近红外光纤激光器中,实现窄线宽光谱的稳定输出。本文主要研究工作及成果如下: 1.制备Ti2C纳米片,并实现了基于Ti2C纳米片的掺铒窄线宽光纤激光器。对Ti2C纳米片材料进行了形貌表征,并通过P-scan系统研究了其可饱和吸收性。基于该材料搭建了一个线形腔光纤激光器,外接掺铒光纤放大器,最终获得输出线宽为1.3 k Hz、信噪比为38.29 d B、斜效率为5.742%、输出功率波动小于6.51%的窄线宽激光。 2.利用氢氟酸刻蚀与超声液相剥离法制备Ti3C2量子点,并实现了基于Ti3C2量子点的掺铒窄线宽光纤激光器。通过对Ti3C2量子点材料进行表征,揭示了Ti3C2量子点材料在1550nm波段良好的可饱和吸收特性,进一步设计并搭建了基于该量子点材料的线形腔窄线宽光纤激光器,简化了激光器结构,获得线宽为1.07 k Hz、输出功率波动小于0.75%,斜效率为1%的窄线宽激光。在光谱仪上观察得到该窄线宽光纤激光器的输出中心波长为1549.64 nm,信号和噪声功率比率大于54 d B。 3.最后探究Ti3C2量子点-Si O2可饱和吸收体的制备,并实现了基于Ti3C2量子点-Si O2的掺铒窄线宽光纤激光器。对所制备的Ti3C2量子点-Si O2材料进行表征,搭建了一套基于Ti3C2量子点-Si O2的环形窄线宽光纤激光器,获得中心波长为1548.45 nm、信噪比为70 d B、线宽为650 Hz、斜效率为1.63%、功率波动小于1.6%的窄线宽输出。

关键词： Cs4PbBr6量子点微晶玻璃负极材料   SnF2掺杂Cs4PbBr6量子点微晶玻璃负极材料   Cs4PbBr6量子点微晶玻璃复合石墨负极材料  

摘要： 高性价比、高容量的负极材料是影响锂离子电池产业化的关键因素之一。本论文采用玻璃制备工艺合成了Cs4PbBr6量子点微晶玻璃（GCs）电极材料;并对其进行氟化锡掺杂和石墨复合,通过微观结构和电化学测试等,阐明了Cs4PbBr6量子点微晶玻璃电化学性能优化规律。1.本论文采用熔融法将GeO2-B2O3-Pb O-Cs2CO3-PbBr-Na Br混合制备得到GCs。GCs自上而下呈现明显的棕色、黄色和透明三层,分别定义为LⅠ,LⅡ,LⅢ;LⅠ占比5%,LⅡ占比10%,LⅢ占比85%。微观结构表征结果显示:Cs4PbBr6量子点分散在玻璃相表面;从底层LⅢ至顶层LⅠ,玻璃相逐渐减少而Cs4PbBr6量子点逐渐增加。电化学测试结果显示:LⅢ在电流密度为0.5 A·g-1时,500次循环后的充电/放电比容量为490 m Ah·g-1/495 m Ah·g-1,远高于同等条件下LⅡ(278 m Ah·g-1/279 m Ah·g-1)和LⅠ层(52m Ah·g-1/55 m Ah·g-1);充放电机理显示:GCs LⅠ在充放电过程中与电解液Li PF6反应生成Cs PF6立方结构和铅合金,但Cs PF6立方结构不稳定,在充放电过程中结构逐渐坍塌。但是,GCs LⅢ充放电循环后表面仍然分散大量Cs PF6立方结构。显然,玻璃基相中网络结构的[BOg]和[GeOd]有利于稳定Cs PF6立方结构。进一步比较LⅠ,LⅡ和LⅢ的Cs4PbBr6量子点微观结构和充放电性能;[BOg]和[GeOd]的网络结构也具有较好的储锂性能。显然,Cs4PbBr6量子点微晶玻璃的[BOg]和[GeOd]是改善其电化学性能的关键。2.本论文采用5 wt%SnF2掺杂GeO2-B2O3-Pb O-Cs2CO3-PbBr-Na Br制备SnF2-GCs量子点微晶玻璃。SnF2-GCs量子点微晶玻璃自上而下呈现明显的绿色、黑色两层,分别定义为FLⅠ(Cs4Pb（1-x）SnxBr6量子点为主),FLⅡ（玻璃相为主）;FLⅠ占比5%,FLⅡ占比95%。显然,SnF2促进Cs4PbBr6量子点在玻璃相富集。微观表征结果显示:SnF2-GCs中Sn部分取代了Pb的格位,形成了稳定的Cs4Pb（1-x）SnxBr6。电化学测试结果显示:FLⅡ在0.5 A·g-1电流密度下、350次循环后的充/放电比容量为741 m Ah·g-1/743.2 m Ah·g-1,在5 A·g-1的电流密度下、500次循环后的充放电比容量为269.7 m Ah·g-1/270.5 m Ah·g-1,远高于GCs LⅢ层。另外,FLⅠ在5 A·g-1的电流密度下、1000次循环后的充放电比容量为168 m Ah·g-1/167 m Ah·g-1,远高于GCs LⅠ层。显然,Cs4Pb（1-x）SnxBr6在玻璃相富集,是提高Cs4Pb（1-x）SnxBr6充放电循环性能的关键。3.本论文通过机械球磨法将GCs LⅠ层与石墨复合,获得了GCs LⅠ/G复合材料（即GCs LⅠ/G）。电化学性能测试结果显示:35 wt%GCs LⅠ/65 wt%G复合材料在电流密度为0.5 A·g-1、1000次循环后的充/放电比容量为157.2m Ah·g-1/152.6 m Ah·g-1,高于同条件下的10 wt%GCs LⅠ/90 wt%G复合材料(82.5 m Ah·g-1/80.3 m Ah·g-1)和75 wt%GCs LⅠ/25 wt%G复合材料(63.3m Ah·g-1/64.3 m Ah·g-1)。微观结构表征结果显示:GCs LⅠ均匀分散在石墨表面。石墨为GCs LⅠ量子点提供导电介质,有利于增强GCs LⅠ/G复合材料的导电性;而且石墨能够为Cs4PbBr6量子点提供一定的保护作用,有利于增强GCs LⅠ/G复合材料的循环性能。

关键词： 氮化碳量子点   声动力疗法   化疗   协同治疗   磁共振成像  

摘要： 类石墨相氮化碳作为一种新型二维无金属聚合材料,在可见光范围内具有合适的带隙,并且具有良好的生物相容性、低毒性、高荧光量子产率和出色的理化稳定性,因此在光催化、电催化和光电子领域都表现出良好的应用前景。石墨相氮化碳凭借其独特的光学和电子特性,在生物成像、生物分子检测、传感、抗菌抗炎、光动力疗法中显示出巨大的生物医学应用前景。声动力疗法作为一种新型的非侵入性疗法,通过超声波激活肿瘤中累积的敏化剂化合物,从而产生活性氧,例如单线态氧、超氧阴离子和羟基自由基,从而对肿瘤组织造成不可逆的损伤。并且相对于光动力疗法,超声具有很强的组织穿透能力,聚焦超声能无创伤地将声能聚焦于深部组织,因此声动力疗法非常适合用于深层组织中的肿瘤治疗。本研究采用自上而下的方法制备了氮化碳量子点,由于其超小的尺寸,氮化碳量子点具备良好的声动力治疗潜力,将氮化碳量子点、Mn2+与具备化疗功能的天然药物喜树碱在两亲性聚合物PLGA-PEG的作用下进行自组装,得到一个集生物成像和声动力/化疗协同治疗于一体的纳米诊疗平台。全文共分为四章。第一章综述了氮化碳量子点的性质与制备方法及其在生物医学方面的应用,简介了声动力疗法、化学疗法和自组装机理,并在此基础上提出了本文的研究设想。第二章我们首先通过煅烧的方法制备了块状氮化碳,随后采用高温氧化热解辅助超声剥离的方法制备了超小尺寸的氮化碳量子点（CNQDs）,CNQDs粒径主要分布在5 nm左右,呈均匀的单分散状态且能在水溶液中稳定存在。进而通过各组分间的亲疏水相互作用,将CNQDs与Mn2+、化疗药物喜树碱、两亲性聚合物PLGA-PEG进行自组装制备得到CNCP纳米复合材料,通过荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、TEM对其进行表征和结构分析。并进一步研究了氮化碳量子点的声动力效果、材料对喜树碱的负载量、溶液的磁共振成像性能,并且探究了活性氧的种类,探究了各组分不同配比的投料对于最终材料形貌的影响以及最佳投料量。由于锰元素的掺杂,CNCP在0.5 T的磁共振成像仪上,呈现明显的T1造影对比效果。在声动力效果的验证实验中,发现CNQDs具备良好的声动力效果,有望与喜树碱起到了协同作用,实现声动力与化疗协同治疗。第三章对制备的材料CNCP在细胞和活体层面进行了进一步的探究。4T1、He La以及HUVEC细胞的MTT实验显示出CNCP较低的细胞毒性,溶血实验显示出CNCP血液相容性良好。CNCP在细胞和活体层面具有良好的磁共振成像效果。在超声作用下,CNCP对4T1细胞和He La细胞均显示出明显的杀伤作用,并且通过计算协同系数进一步证明CNQDs和喜树碱可以实现声动力和化学疗法协同治疗。体外和体内的治疗实验表明,CNCP在超声作用下可以有效地引发活性氧的生成,从而有效实现声动力疗法和化学疗法协同杀死癌细胞和抑制肿瘤生长。第四章对本论文中相关材料的制备、表征及其在肿瘤诊疗的应用所取得的数据进行了综合分析与总结,最后对其未来在生物医学方面的应用前景做了进一步的展望。

关键词： 半导体气体传感器   二氧化锡量子点   三维石墨烯   二氧化氮  

摘要： 金属氧化物半导体具有良好的气敏特性。然而,较高的工作温度(200～600℃)阻碍了其发展,同时也带来安全隐患。量子点是一种“准零维”的材料,凭借小尺寸、大比表面积、高活性等优势成为实现室温检测的理想气敏材料之一。但是由于其载流子的传输能力差,无法发挥其表面活性高的优势,进而导致传感器性能不佳。二维石墨烯,比表面积大、载流子迁移率高,在气体传感器中用于吸附气体和载流子输送材料。三维多孔结构由于具有更大的比表面积和良好的多孔结构,最近被广泛应用于气体传感器中。据此,本论文用带正电的聚苯乙烯微球(PAS微球)作为模板,利用静电吸附的机理制备三维石墨烯,利用溶剂热法制备氧化锡量子点,组成三维石墨烯/量子点复合材料,并研究其气敏性能。本论文的主要研究内容及结论如下:(1)采用优化后的Hummers法,以天然石墨鳞片为前驱体制备氧化石墨烯,通过氨基化聚苯乙烯微球(PS微球),制备出带正电的微球(PAS微球),利用静电吸附的机理,选择浓度为72 mg/ml带负电的氧化石墨烯(GO)分散液包裹在三维模板PAS微球表面,最后去除PAS模板得到纯净的三维多孔石墨烯(3D rGO)。将其应用于亚甲基蓝(MB)吸附实验中,3D rGO在60 min时对MB的降解率能达到98%,比还原氧化石墨烯(rGO)降解率增加了18%;当3D rGO应用于二氧化氮(NO2)气体检测时,3D rGO对50 ppm的NO2气体灵敏度从rGO的3.5上升到8.0,响应时间从56s下降到12s,恢复时间从132s下降到80s。(2)以溶剂热法制备SnO2量子点,研究了SnO2量子点的合成条件,透射电子显微镜(TEM)分析结果表明当反应温度和生长时间为180℃和180 min时,得到产物尺寸控制在理想激子波尔半径内的2-3 nm的SnO2量子点。x射线光电子能谱(XPS)结果表明,样品中只有Sn(Ⅵ)和O-Sn(Ⅵ)的结合能,证明样品为纯相的SnO2。将SnO2量子点溶液与三维石墨烯溶液放入磁力搅拌器中搅拌24小时,获得SnO2量子点/三维石墨烯复合材料。TEM表明点状SnO2均匀分布在石墨烯表面,未出现SnO2团聚;EDS能谱图中出现了 C、Sn、O三种元素,这些表征都证实复合材料制备成功。(3)采用室温旋涂成膜的方法,制备得到了SnO2量子点单体材料和SnO2/3D rGO复合材料气体传感器。扫描电子显微镜(SEM)表明SnO2/3D rGO复合材料薄膜与SnO2量子点单体材料薄膜相比,薄膜形貌变得疏松多孔。对两种材料的气敏性能研究表明,在NO2浓度为50 ppm时的SnO2量子点单体材料响应值为12.02,复合材料响应值为66.03,后者性能提高了54.01;SnO2/3D rGO复合材料对3 ppm的NO2的响应-恢复时间从SnO2单体材料的49 s与85s降低至5s与7s。除此之外,两种气体传感器在SO2、NH3、CH4和NO2多种气体检测中,对NO2具有良好的气敏选择性,且在50 ppmNO2重复性和稳定性检测过程中表现出优异的性能。

关键词： 石墨烯   二硫化钼   量子电容   光接收机   异质集成  

摘要： 近十几年来,由于二维材料具有诸多新奇的光学、电学、热学和力学性质,引发了人们对其研究的极大兴趣。众多新概念、新原理和新功能的二维材料器件相继被提出,对微纳电子领域的发展产生了革新性的影响。二维材料具有原子级厚度,存在很强的场效应和光电效应,在下一代超薄电子和光电子器件中具有很强的应用潜力。尽管最近二维材料器件取得了长足进步,但要使其实际应用,还有许多问题需要探索和解决。研究二维材料堆叠器件中的量子电容与二维材料异质结的光电子特性是发掘二维材料潜力的主要方向。因此对于二维材料器件的原理、制作工艺以及性能方面的不足还需要深入的研究。对此,本论文研究了基于石墨烯量子电容的场效应电子和光电子器件、石墨烯与二维材料异质结光电子器件,探索了二维材料光电子器件与硅基集成电路异质集成的方法,主要研究内容概括如下: （1）研究了二维材料在太赫兹频率下的应用,提出了石墨烯-二维材料绝缘体-石墨烯结构中的石墨烯光控量子电容的理论模型用于太赫兹频率和相位调制。模拟结果表明,光激发可以有效地改变其等离子体振荡波的频率和相位。 （2）研究了石墨烯的量子电容和沟道电阻对石墨烯场效应晶体管的输出相位的影响。通过实验验证了石墨烯场效应晶体管输出信号的相位在量子电容和沟道电阻的影响下发生变化。而量子电容和沟道电阻是由栅极电压控制的,同时对这一现象进行了理论分析,建立了相移的仿真模型。 （3）研究了一种基于垂直金/石墨烯/二硫化钼范德瓦尔斯异质结的双极型光电晶体管器件,该器件可以通过使用简单的硅半导体工艺批量生产。金不仅用作发射极,还是一种功能材料,二硫化钼作为集电极,石墨烯作为基极。金与石墨烯接触形成偶极子的电场与外加电场方向一致,从而增强了光电流,计算得到的最大光响应度为16500 A/W,光电流产生速度为1.48x10-4 A/s。 （4）研究了一种可用于二维材料异质结器件的硅基CMOS读出电路。该电路可以用于与二维材料器件异质集成来处理其光电流信号。二维材料异质结光探测器恢复初始状态的过程具有严重的拖尾现象。为了解决该问题,可以采用CMOS工艺设计光电探测器的读出电路来加速其载流子复合进程,从而提高其响应速率。

摘要： 这将是一个全新的领域,必将主导未来数十年的技术创新路径,影响极其深远。铋(Bi)在自然界并不多见,在元素周期表中位于铅(Pb)和钋(Po)之间,排73位。其外观银白色,看起来平淡无奇,经氧化处理的铋在光照下会呈现出华丽的虹色。随着科学家在铋晶体中确认了名为"拓扑绝缘体"的新电子态,这个曾在周期表中那么不起眼的元素今后必是聚光灯下的宠儿。

关键词： 二氧化钒   碳量子点   介孔二氧化硅   温致变色  

摘要： 二氧化钒（VO2）是相变材料中关注度最高的一种,不仅是因为其优异的相转变特性,更重要的是VO2的金属-绝缘体相转变温度（68℃）最接近室温,并且可以通过尺寸控制、掺杂、复合等途径改变其相变温度,在温控包装和防伪包装领域具有广阔的应用前景。通过构筑VO2复合结构,可以有效提高VO2的光学性能。VO2/SiO2由于其粒径可控、多功能性和高稳定性,受到越来越多研究人员的重视,目前已被用于制备稳定性高、光学透过率可调的温致变色材料。但是,如何设计并制备性能优异的VO2温致变色复合材料依旧面临着巨大挑战。本文首先通过水热法制备碳量子点（CQDs）、溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅（SiO2）,将二者自组装形成CQDs/SiO2复合溶液,再分别采用原位法和自组装法与VO2复合,得到CQDs/SiO2/VO2三相复合体系。原位法是将VO2前驱体与CQDs/SiO2混合,经水浴途径形成CQDs/SiO2/VO2复合材料。结果表明,随着反应时间逐步增加,VO2在CQDs/SiO2表面的形成量逐渐增多,说明延长反应时间对前驱体转变为VO2有重要的促进作用;退火后的CQDs/SiO2/VO2复合材料的紫外透过率可以达到90%。另外,采用水热法制备得到棒状VO2（B）,在450℃退火处理后使VO2（B）转变为VO2（M）,其从VO2（M）到VO2（R）的相变温度约为69.8℃;再通过自组装技术将VO2（M）与CQDs/SiO2复合,其相变温度约为71.5℃;与VO2（M）相比,复合材料样品CSV-M在可见光区域都具有较高的透过率,展现出优异的光学调控能力。通过不同路径,设计制备得到新型CQDs/SiO2/VO2复合结构,并探究合成路线及退火工艺对CQDs/SiO2/VO2复合材料形貌结构、相变温度、光学性能的影响,从而拓展其温致变色性能,并为高性能VO2温致变色材料在温控包装和防伪包装领域的应用提供理论基础与实验依据。

关键词： 铁基超导体   量子调控   能隙结构   下临界场   角分辨光电子能谱  

摘要： 以铁基超导体为代表的非常规超导研究的核心问题就是其超导机理，针对超导材料的量子调控可以为超导机理研究提供重要信息，同时超导能隙的对称性及其结构是超导机理研究的重要内容。不同的超导机制，往往可以预测出不同的能隙对称性和结构。比热是测量费米能级准粒子态密度的有力工具之一，也可以进一步被用于探测能隙结构的信息。下临界场是磁通开始进入超导内部的起点，通过对下临界场进行研究，也可以分析材料的能隙结构和对称性，从而进一步探究其具体的超导机理。因此，本论文拟对铁基超导12442和1111体系开展材料制备、量子调控以及能隙结构方面的研究。其中，12442体系是铁基超导材料中唯一具有双FeAs超导层结构的一个体系，人们对其能隙结构的研究较少，特别是掺杂对于能隙的影响还未可知;而1111体系是最早被发现的一个体系，但对其能隙结构的研究依然比较匮乏，特别是对高质量单晶样品开展的比热研究几乎是空白。本论文的主要研究结果如下:　　一.对铁基材料12442体系KCa2Fe4As4F2多晶进行了合成、压力调控和掺杂尝试，同时也对1111体系CaFeAsF多晶材料进行了As位掺P的尝试。通过对KCa2Fe4As4F2多晶样品低压下的磁学性质的测量，以及高压下的电学性质测量和XRD测试发现:压强在0-2.5GPa之间时，样品的超导转变温度随压强的增大而升高，压强为2.5GPa时样品超导转变温度最高，约为37.5K;压强在2.5GPa-5GPa之间时，样品的超导转变温度开始下降，但仍高于常压下的超导转变温度;压强大于5GPa后，随着压强的增大样品的超导转变受到抑制。加压的整个过程中，样品的晶格常数有不同程度的收缩，c轴收缩更明显，且c/a数值随着压强的增大呈现递减趋势。对KCa2Fe4As4F2进行的水热实验没有得到理想的掺Na样品和理想的单层样品。对1111体系CaFeAsF多晶进行的As位掺P的尝试实验发现，其晶格参数随掺杂的增加而单调下降，说明P元素成功掺杂到样品中了（当P掺杂量大于30％时，杂质增多）;磁学测量表明P掺的杂样品在高温区出现铁磁转变，但未出现超导转变。　　二.通过对12442体系KCa2(Fe1-xCox)4As4F2(x=0，0.1)毫米尺寸单晶材料　　进行下临界场测试，我们探究了其能隙结构以及掺杂对于能隙结构的影响。我们分别对两个单晶进行了磁化曲线的测量，得到了其下临界场Hc1随温度变化的数据。通过数据拟合发现，两个单晶的Hc1(T)/Hc1(0)-T演化曲线均不能用单一的能隙模型来拟合。相反地，两能隙模型可以很好地拟合曲线的走向。通过对拟合数据进行具体分析发现，x=0的样品两个能隙大小为△1=1.2meV、△2=5.0meV;x=0.1的样品两个能隙大小为△1=0.86meV、△2=2.8meV。并且单晶样品中小的能隙△1与Tc的比值(△1/kBTc)不受钴掺杂的影响，而较大的能隙△2与Tc的比值(△2/kBTc)受到显著抑制，抑制程度约为20％。通过与KCa2Fe4As4F2单晶角分辨光电子能谱(ARPES)对比，发现我们的数据与ARPES的测试结果基本一致。　　三.通过对1111体系CaFe0.88Co0.12AsF毫米尺寸单晶进行比热测试，揭示了其超导能隙的结构。我们得到该超导单晶的比热跃变约为10.4mJmol-1K-2。这个数值不符合Bud''ko，NiandCanfield(BNC)总结的经验规律，说明该经验规律具有一定的局限性。通过分析CaFe0.88Co0.12AsF单晶样品的电子比热系数，我们发现电子比热系数△γ在5T磁场以下，随着磁场的增大呈线性增加趋势;当磁场增大至5T以上时，样品电子比热系数随磁场增大的趋势变缓。这与已知的多带超导体MgB2行为一致，表明其为多能隙超导体。通过基于两能隙模型的计算分析，得到两个能隙的比值为△L/△S=2.8-4.5。

关键词： 分子束外延   InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱   快速热退火   发光性能  

摘要： 半导体激光器因其体积小,波长可调节和可靠性高等优点,被广泛应用在大气监测、激光测距、空间通信、激光手术和激光美容等领域。其中2μm波段的半导体激光器在激光雷达、激光制导和航空航天等国防领域的未来发展和应用前景备受人们的关注。同时,锑化物合金材料是2μm波段半导体激光器材料的最佳选择。但是在外延制备锑化物合金材料的时候,不可避免地会引进缺陷及分子团簇,严重影响材料的晶体质量,导致材料出现局域态发光现象并且发光性能下降。相比于Ga Sb衬底,Ga As衬底有着造价低和制备工艺简单等优点。结合Ga As衬底的诸多优点,本文利用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料。为了进一步提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料的发光性能,采用快速热退火的手段对量子阱材料进行了加工。并利用光致发光光谱和X射线衍射,系统地讨论了快速热退火对量子阱材料发光性能及结构的影响。主要研究内容如下:(1)为了实现InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料在2μm波长附近发光,设计了量子阱结构。使用分子束外延技术生长了量子阱结构中的基础薄膜材料,包括Ga Sb、InGaAsSb和AlGaAsSb合金薄膜,并使用X射线衍射进行表征,证实了外延生长的半导体薄膜材料有较高的结晶质量。(2)使用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料,并研究了其发光性能。结合X射线衍射图及光致发光光谱分析,该量子阱样材料发光性能和晶体质量均良好。在室温下InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的发光波长为1.96μm。同时,确定了量子阱的发光来源,光子能量为0.687 e V的发光来自局域载流子复合,光子能量为0.701 e V的发光来自自由激子复合。(3)为了提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能,本文开展了量子阱材料的快速热退火研究。X射线衍射测试证明了快速热退火可使量子阱材料中的原子在阱层和垒层界面发生相互扩散。这种互扩散可以提高量子阱材料的晶体质量,降低结构应变,量子阱材料的发光性能也能够得到改善。对光致发光光谱进行分析,当退火温度的升高时,发现室温光致发光光谱峰位会向短波长移动。此外,提高退火温度可以降低样品中的局域载流子复合比例,当退火温度分别为500℃和600℃时,对比局域载流子与自由激子的发光强度,后者仅为前者的22.6%。本文研究了关于锑化物半导体激光器材料的外延生长,并提高了材料的发光性能,为高性能锑化物半导体激光器的制备奠定了基础。