关键词： 石墨烯晶界   经验势方法   声子非平衡格林函数方法   量子热输运  

摘要： 器件小型化对散热、隔热的高要求促使人们研究低维材料的量子热输运性质。在石墨烯中普遍存在的晶界对其热传导学性质有显著影响。本文结合经验势方法和声子非平衡格林函数方法,较为系统地研究了若干含晶界的石墨烯体系的量子热输运性质。我们在第四近邻力常数模型的基础上考虑了键长、键角、配位数等的变化,引入了与键长、键角、配位数等相关的物理量,在一定程度上拓展了第四近邻力常数模型,使之可应用到含有晶界的石墨烯体系中,便于进一步探究大规模输运体系的量子热输运性质。利用经验势计算,我们发现理想石墨烯纳米带的声子谱在X点处的简并性与宽度的奇偶性有关。具有奇数宽度N的锯齿型石墨烯纳米带(N-ZGNR)在X点处由成对简并的声子模式组成,而具有偶数宽度N的N-ZGNR多为非简并模式。扶手椅型石墨烯纳米带则与之相反。在含有晶界的石墨烯体系中,晶界使得体系透射谱原有的理想“阶梯状”被破坏,降低了声子透射系数。我们发现,波矢失配是声子透射系数降低得原因之一。此外,在晶界处声子的高局域化可导致与二维结构相似的类Fano共振现象。以上研究为更进一步理解石墨烯晶界的热输运性质提供了参考,也为未来低能耗量子器件的研究提供了新思路。

关键词： 硒化镉   硒化锌   量子点   二氧化硅   掺杂量子点  

摘要： 量子点因其具备发射波长可调,高量子效率和高颜色纯度等特点,被广泛应用于显示器件、太阳能电池、LED照明及生物成像、检测等多个领域。由于量子点随尺寸降低,比表面积增大,表面原子占比高容易产生表面缺陷态,导致其量子效率降低,因此常用包覆无机半导体壳层的方法提高其效率和稳定性。核壳结构量子点常用的包壳方法为连续离子层吸附反应,产物光学性能优异,壳层精确可调,但该方法繁琐,耗时较长,不利于实际的应用和推广。Ⅱ-Ⅵ族CdSe/ZnS核壳量子点的光学性能目前可以满足光电器件的所有光学性能需求,是目前市场上普遍使用的量子点,简化其合成方法并获得光学性能优异的镉基量子点有利于其进一步的应用和推广。与此同时,对含重金属的镉类量子点进行二氧化硅壳层外延包覆,有利于降低其生物毒性,增强其透光性和生物相容性,以便于生物成像检测方面的应用。在生物成像检测方面,同为Ⅱ-Ⅵ族的Mn:ZnSe基掺杂量子点更具应用价值,由于其不含重金属元素镉或铅,并且其斯托克斯位移较大,能避免重吸收效应导致的能量转移,降低多色量子点之间能量转移的影响,有利于提高生物检测的灵敏度。但其复杂的合成工艺限制了其实际应用。本文的主要工作如下:(1)制备方法简便的高量子效率镉基核壳量子点:通过单前体注入法,采用活性高、反应温度低的前体二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC),一步包壳生成高效率的CdSe/ZnS量子点,简化了CdSe/ZnS量子点的包壳工艺。首先,在制备CdSe核心量子点时,通过调节温度、时间、浓度等参数,制得发射波长600 nm的CdSe核心量子点;然后通过注入单前体二乙基二硫代氨基甲酸锌,140℃温度下,由于其较高的反应活性,在此核心CdSe量子点表面快速进行一层ZnS壳层的外延生长,制得发射波长620 nm,量子效率90%,半高宽30 nm以下的高效率CdSe/ZnS量子点;在此基础上,为了降低量子点的重金属毒性,提高量子点的生物相容性,采用反相微乳液法制备QDs@Si O荧光微球,用甲氨作催化剂,NP-5作表面活性剂,制备了尺寸均一的CdSe/ZnS@Si O荧光微球,最终能保留60%以上的荧光效率(2)制备斯托克斯位移为180 nm的环境友好型Mn:ZnSe量子点:通过辛硫醇+油胺硫双壳层制备法,简化了ZnSe基核心量子点的ZnS包壳工艺,缩短反应时间;并通过掺杂和包壳工艺制备出了大斯托克斯位移的Mn:ZnSe/ZnS/ZnS核壳壳量子点。首先,通过调节温度、时间、Mn掺杂量等参数,制得发射波长585 nm、半高宽为50 nm、量子效率约为40%的Mn:ZnSe核心量子点;然后通过辛硫醇+油胺硫双壳层制备法,对包壳过程中温度、浓度参数的进一步调节,制备得Mn:ZnSe/ZnS/ZnS核壳壳量子点,波长为605 nm,量子效率可达70%,斯托克斯位移可达180 nm;在此基础上,采用反相微乳液法,使用氨水作催化剂,使用NP-5作表面活性剂,制备了尺寸均一的Mn:ZnSe/ZnS/ZnS@Si O荧光微球,并能保留33%以上的荧光效率,提升了其在LED和生物领域应用的可能性。

摘要： 量子材料的历史可以追溯到20世纪三四十年代的强关联体系,这些体系展现出传统认知难以理解的电子行为.但量子材料是一个全新的名词,它的含义经过科学家们的多年研究与讨论才日渐清晰.现在普遍认为,量子材料领域涵盖了传统凝聚态物理学难以描述的物理性质和材料体系,它们具有本征的量子关联特性或量子序,如电荷序、轨道序、自旋序等.代表性的材料包括Mott绝缘体、高温超导材料、庞磁阻效应、重费米子体系、多铁性材料等.

关键词： 半导体量子点   光致荧光谱   光学特性   能带结构   锑(Sb)  

摘要： InAs/GaAs半导体量子点（quantum dots,QDs）许多独特的物理性质,已经被广泛应用于开发新一代光电子器件,深入研究InAs量子点的光电特性以及内部载流子的动力学机制,对于提高和优化各类InAs量子点光电器件的性能具有重要意义。本文将锑（Sb）元素分别加入到InAs/GaAs半导体量子点材料的缓冲层表面、量子点内和覆盖层中等不同位置,利用荧光发射谱（Photoluminescence,PL）、荧光激发谱（Photoluminescence excitation spectrum,PLE）、时间分辨荧光谱（Time-Resolved Photoluminescence,TRPL）等光谱技术系统的研究比较了以上量子点纳米材料的光致荧光特性和光生载流子动力学过程,探讨了Sb元素对InAs/GaAs量子点光学性质的改性作用及内含物理机理。主要研究包括以下三部分:（1）研究了Sb2束流喷射GaAs缓冲层生长界面对InAs量子点特性的影响。在0.013 ML/s的慢InAs生长条件下,随Sb2束流喷射时间从0秒增加到100秒,量子点的高度减小,面密度提高近一个量级,同时量子点PL谱的峰位、强度及能级填充行为等都发生显著改变。对于Sb2喷射后生长在缓冲层表面的InAsSb量子点,除了InAsSb量子点的I型辐射发光,在900 nm附近观察到具有II型能带结构特征的发光峰,首次提出量子点生长过程中Sb扩散到覆盖层而形成GaAsSb/GaAs界面,GaAsSb层内空穴和临近GaAs层的电子由于局域化效应产生增强的II型复合辐射发光。（2）研究了不同组份的Sb元素加入到量子点内部对InAs量子点特性的影响。控制Sb2/（Sb2+As2）束流通量比从x=0上升到x=0.5,InAsSb量子点发光由I型转变为II型能带结构特征,但是浸润层的发光峰中心波长始终保持在850nm并不随Sb组份改变,且展示出I型能带结构特征。首次实验观测到了I型能带结构浸润层和II型能带结构的量子点共存于同一样品,浸润层和量子点可以含有不同的Sb组份。除了量子点和浸润层发光,加入Sb的量子点还在920nm处显示出具有II型能带结构特征的荧光信号,归源于GaAsSb/GaAs界面的复合辐射。随着Sb组份的改变,这一荧光辐射信号具有不同的光学特性。（3）研究了不同组份的Sb元素加入到GaAs1-xSbx（x=0、0.08、0.11、0.15、0.25）盖层对InAs量子点光学特性的影响。通过PL实验观测到GaAs1-xSbx盖层中x>0.13时,量子点由I型转变为II型能带结构,II型量子点在能带填充、价带结构、载流子的热激发和再布居以及载流子寿命等方面与I型量子点表现出明显不同的特征,而且量子点内出现新的载流子辐射复合通道。对II型InAs/GaAs0.85Sb0.15量子点进行电子掺杂后发现,掺杂的过剩电子改变了量子点内部的内建电场和由库伦相互作用引起的能带弯曲,量子点本征跃迁几率和GaAs0.85Sb0.15量子阱对应的本征跃迁几率双双得到提高。对于转变为II型量子点后新出现的载流子跃迁复合通道及掺杂电子改变量子点内建电场和不同通道的跃迁几率的解释属于首创。以上研究结果证明,加入Sb元素可以有效地改善InAs量子点的形貌、能级结构和光学特性,实现对量子点材料能级结构的灵活调控和转变,掺入Sb元素后的InAs量子点纳米材料具有更丰富的载流子跃迁复合通道和动力学过程,这不仅有助于深入理解和研究量子点的基本物理特性,也为开发新一代高效能光电器件提供了更多的材料选择和实验依据。

关键词： 过渡金属硫族化合物   自旋轨道耦合作用   伊辛超导   相变   外尔半金属  

摘要： 石墨烯(graphene)的成功制备,为人们研究其它二维晶体材料奠定了坚实基础。二维过渡金属硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDCs)是继石墨烯之后的新型二维晶体材料。二维TMDCs材料丰富的晶体结构(T相、H相、T’相等)与强自旋轨道耦合作用,导致了诸如二维磁性、能谷电子学、量子自旋霍尔效应、伊辛超导等新颖物理现象的出现。此外,人们还可以通过电场、磁场、光场、应力场、温度场以及厚度等多种手段对少层TMDCs材料的物理性质加以调控。这使得二维TMDCs材料成为研究低维量子物理的又一理想平台。本论文的主要目标是利用TMDCs材料的新颖物理性质,寻找低温下的拓扑量子物态,为此开展了以少层MoTe2、MoSexTe2-x和MoxW1-xTe2为主的低温量子输运性质研究。主要由以下三部分组成:第一部分主要论述了在少层Td-MoTe2样品中发现的一种由各向异性自旋轨道耦合作用导致的新型伊辛超导电性。与已发现的伊辛超导体类似,面内上临界场(Hc2,‖)远超过BCS理论给出的泡利顺磁极限(Hp),显示出超导增强现象。有趣的是,我们在少层Td-MoTe2中发现Hc2,‖呈现出显著的二重对称性,并且在各个方向上均超过泡利极限。这与仅能给出各向同性Hc2,‖的伊辛超导理论明显不符,暗示它不能用现有的伊辛超导理论加以理解。为此,我们与理论合作者从晶体结构对称性出发,通过第一性原理计算引入了各向异性的自旋轨道耦合作用,从而成功解释了这一实验现象。这是在实验上首次观察到面内各向异性的伊辛超导电性,这一发现有助于加深对过渡金属硫族化合物中新奇超导现象的认识。第二部分论述了在掺Se的MoTe2薄膜样品中发现的Se掺杂引起的结构相变和超导增强现象。借助于拉曼光谱、X射线光电子能谱以及低温电学输运测量等实验手段,我们证实了随着Se掺量的增加,系统发生了从Td相到1T’相再到2H相的结构变化。重要的是在样品转变到2H相之前,随着Se含量的增加出现了超导增强现象。通过分析上临界场的温度依赖行为,我们发现它与两带超导模型吻合。这表明Se掺杂可能引入了 S+-超导序参量,因而该工作为在TMDCs中寻找拓扑超导奠定了基础。第三部分论述了在W0.25Mo0.75Te2薄膜样品中实现的维度调制的第二类外尔半金属态。通过选择厚度梯度刚好跨越二维到三维情形的样品,利用低温旋转场实验证实了负磁阻仅在磁场平行外加电场以及样品a轴(E‖ B ‖a)条件下的三维样品中出现,并且磁电导满足σ-xx∝cH2关系,符合外尔半金属中手性反常的理论预期。通过分析纵向磁阻的SdH振荡,发现148T、104T和63T三个振荡频率,前两个与既有实验验证的体电子和空穴相对应;而第三个振荡频率对应于一种全新的、具有非零贝里相位的二维电子。结合已有的理论计算和ARPES实验结果,我们推断它很有可能来自于费米弧导致的拓扑表面态的贡献。以上分析表明Mo0.25W0.75Te2是一种具有拓扑表面态的第二类外尔半金属。该维度调制的输运实验为寻找和验证外尔半金属提供了一种全新的途径。以上三个工作有助于加深人们对TMDCs中新奇物理现象的认识,为进一步利用少层TMDCs材料构建拓扑超导打下了基础。

关键词： 碳化钛   碳量子点   阿霉素   光热治疗   药物载体  

摘要： 时至今日,尽管人们在肿瘤治疗方面进行积极的探索,癌症仍然是威胁全人类身体健康的源头之一。随着生命医学和材料科学的不断发展,肿瘤的光热疗法(PTT)以其非侵入性的特点被广泛关注,PTT通过将光热转换试剂(PTA)暴露于近红外辐射(NIR)中产生热量来杀死肿瘤细胞,具有低成本、高效率和微创的优势;传统PTT使用的光热转换试剂通常在近红外Ⅰ区的生物窗口完成光热转换过程,往往难以穿透深层生物组织,从而降低了治疗效果。为解决这些问题,波长更长的近红外Ⅱ区生物窗口的PTA被开发出来,在提升近红外光穿透效率的同时降低组织自热,以实现更有效的肿瘤光热消融,显著提升光热治疗效果。二维过渡金属碳化物(MXenes)是一种新型的二维层状材料,其具有独特的骨架结构、高比表面积和活泼的表面位点,并具有从UV到NIR区域的高谱带和高光热转换效率,在肿瘤的光热治疗中具有非常广阔的前景。碳量子点是一种碳基零维纳米材料,其由于良好的水溶性、低毒性和生物相容性等优点被广泛研究。在本文中我们合成了二维过渡金属材料碳化钛(TiC),并以TiC为模板将碳量子修饰在TiC的表面,所制备的复合材料在近红外Ⅱ区生物窗口展现出优异的光热转换性能,之后进一步将阿霉素(DOX)成功负载到复合材料上,使之得以有效释放从而进行光热协同化疗治疗肿瘤,主要的研究内容如下:1.通过两步液相酸刻蚀剥离法制备出二维TiC MXenes,并通过电荷相互作用将碳量子点修饰在TiC的表面,制备的CD@TiC复合材料在近红外Ⅱ区的吸收得到显著增强。复合材料的消光系数为11.34 L gcm,其光热转化效率为59.6%。同时升温曲线显示300μg m L溶液经过5 min照射可升温至52.6°C,表明复合材料可以有效且快速的进行光热转化。之后通过评估细胞毒性和体外光热实验发现可以有效杀伤肿瘤细胞,通过尾部静脉注射复合材料至小鼠体内并进行光热治疗可以有效光热消融肿瘤,展现出良好的肿瘤治疗效果。2.将化疗药物阿霉素(DOX)进一步负载到复合材料的表面进行协同治疗,阿霉素的药物负载量为167.3%。在弱酸性p H和给予近红外Ⅱ区(1064nm)激光辐照的条件下分别测试了阿霉素的体外释放,其释放率达到了74.3%。通过共聚焦显微镜明显观察到了阿霉素在细胞核和细胞质的聚集。随后将复合材料尾静脉注射到荷瘤小鼠体内并给予较低功率的激光,通过低功率模式引导的光热协同化疗可以有效抑制肿瘤的生长,通过对组织病理检测和血生化分析发现复合纳米材料具有高的生物安全性,光热协同化疗的治疗方式提高了治疗效率并降低了全身毒副作用。

关键词： 重Ⅳ族单层材料   量子输运   自旋二极管   能谷电子学   自旋Seebeck效应  

摘要： 自2004年单层石墨烯成功制备以来，氮化硼、硅烯、二硫化钼等一系列新型二维类石墨烯材料的制备和研究应接不暇，为新型低功耗量子器件的设计和开发提供了很多可能性。本文重点关注硅烯、锗烯等重Ⅳ族单层材料，以理论推导为主数值计算辅助研究和探讨了与电子自旋和能谷自由度相关的量子元器件的设计及新奇物理效应的实现。　　前两章，主要概述了几种典型二维材料的制备、结构及基本的物理性质，介绍了电子输运有关的基本概念和理论方法等。　　第三章，介绍基于能谷概念的新型自旋二极管效应的研究。在硅烯、锗烯和锡烯等重Ⅳ族单层材料构成的铁磁/反铁磁结中，使用纵向偏压驱动，通过在反铁磁区外加层间电场，可以实现自旋二极管双极—单极转换。当电场强度为零时，只有来自一个能谷上的电子对电流有贡献，且一种自旋正向导通反向截止，另一种自旋反向导通正向截止，对应于双极型自旋二极管;当电场强度增大时，导电能谷切换到另一个能谷上，一种自旋正向导通反向截止，另一种自旋不导电，对应于单极型自旋二极管。改变层间电场的方向，自旋二极管的单双极状态因输运对称性而保持不变。通过调节纵向偏压和电场强度，在磁性交换场强度为1meV时即可获得观测信号。　　第四章，介绍新奇自旋Seebeck效应和能谷Seebeck效应的实现途径。常规的自旋Seebeck效应考虑的是电子自旋和电荷的输运，可通过在铁磁硅烯中引入温差来实现纵向自旋Seebeck效应，即反自旋电子反向运动。在两个铁磁硅烯电极和中间电控栅极结构的场效应管装置中，来自两个不同能谷上的电子反向运动，对应于能谷Seebeck效应。进一步通过调节栅极电场，可实现能谷Seebeck效应和自旋Seebeck效应状态间的切换。　　第五章，介绍能谷锁定的新型自旋Seebeck效应的研究。在非对称铁磁交换场的存在的条件下，可实现能谷锁定的自旋Seebeck效应，即单一能谷中反自旋电子反向运动而另一能谷因能隙的存在处于不导电状态。进一步研究表明，这一效应会被高温所破坏，随层间电场的增加会而减弱，可通过增加源-漏温差的方法来增强信号，且对Fermi能级的扰动和磁化强度都具有鲁棒性。相关研究可应用到自旋-能谷逻辑电学装置的开发和设计中去。　　最后，给出总结、展望以及致谢。

关键词： 混沌   量子混沌散射   量子输运   自旋输运  

摘要： 在近几十年里,经典混沌的量子对应一直是人们普遍关心的问题。开放台球系统的经典散射与其内的量子输运过程的对应正是此问题研究的一个侧面,而后者则能够基于微纳米技术进行实验研究。在本学位论文中,我们着重从理论上考察了具有特定形状的介观量子点其经典混沌动力学性质在自旋极化输运过程中的行为表现。在第一章绪论中,主要对经典混沌散射、介观二维系统中的电子输运及自旋输运做了一个介绍,同时对确定性系统的不可预测性作了阐述。还介绍了存在自旋-轨道耦合的二维量子点系统,它是我们借以捕捉经典混沌在自旋自由度上的量子“印记”的研究对象。在第二章中,我们就自旋分辨弹道量子散射的理论基础以及计算机算法做了阐述,并给出了自旋分辨的散射形式。具体的,在第一节对包含自旋的情况给出了自旋分辨电流和自旋分辨散粒噪声,它们都可以表达成散射矩阵。我们强调,所有的输运过程其性质都是通过散射矩阵来体现的。在第二、三节对散射矩阵的计算给出了两种离散算法的论述和讨论。在第三章中,考察了经典混沌动力学在散射态自旋极化上的行为。针对四种经典混沌性程度不同的介观尺度开放量子点,讨论了极化电子经过这些介观散射腔的散射后其出射态的极化状态。数值计算结果表明:在自旋-轨道耦合强度较弱时,散射腔的动力学性质表现的越混沌则出射态的极化维持的越好;在自旋-轨道耦合强度较强时,散射腔的动力学性质表现得越混沌则出射态的极化被破坏的越多。就此结果,我们基于自旋极化矢量在动量依赖的等效“磁场”中的分段级联进动,相应的给出了半经典的解释且能够同量子的结果符合得很好。关于经典混沌在自旋量子现象中的作用,我们的结果从理论上提供了一种新的认识。在第四章中,主要考察了单粒子自旋自由度与其轨道自由度的纠缠,以及经典混沌动力学性质在其中扮演的角色。我们指出,描述自旋-轨道纠缠度的冯诺依曼熵和描述自旋态相干性程度的物理量即纯度,这两者都可以表达成自旋极化矢量的模的函数。之后,我们直接考察了余弦形散射腔,其经典动力学性质可以通过改变其形状参数而连续地改变,从而入射其内的电子被散射出来之后其自旋极化矢量有所差异。我们的研究发现:系统越混沌则相干性丢失越多,纠缠熵也越大。这在理论上为我们提供了关于经典混沌的新认识。在第五章中,针对普遍存在于输运过程中的法诺共振做了自旋的推广,并在理论上给出了描述自旋法诺共振的解析表达式,同时表明了自旋分辨透射系数和自旋极化矢量中均能够表现出法诺共振的形式。尽管我们的推导是基于微扰论展开的,但数值结果和理论结果的对比充分肯定了我们的理论结果的合理性和准确性。之后,结合输运性质的形状依赖性和法诺共振对不同性质的经典动力学的不同表现,我们考察了弓形量子点中极化电子的自旋输运。我们还就这种量子点给出了一种通过改变其动力学性质,而实现对出射态结果的极化性质进行调控的方案。这个方案从原理上与一般的自旋调控方案完全不同,能够为自旋器件的设计提供一种不一样的思路。最后在第六章中,我们对全文做了一个总结和简单的展望。

关键词： 复合材料   铜基量子点   石墨烯   制备工艺   气敏性能  

摘要： 对于气敏材料而言，室温下工作、微型化和柔性化是大势所趋。但是现有商用的气体传感器都存在工作温度较高的问题。Cu12Sb4S13量子点已经展现出在室温下检测NH3的能力，但是，Cu12Sb4S13量子点的长期稳定性不好。为改善上述缺陷，将还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide，rGO）作为客体材料加入，使得Cu12Sb4S13量子点均匀分布在rGO上，防止Cu12Sb4S13量子点团聚，提高Cu12Sb4S13量子点的长期的稳定性。此外，rGO优秀的电导能力，有利于气敏反应产生的电信号快速传输。本文成功合成了Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料，通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电镜、拉曼光谱等测试手段对Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料进行物相形貌表征，在室温下测试其对氨气的气敏性能。通过原位红外光谱对Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料的气敏机理进行分析。采用密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）模拟建立Cu12Sb4S13量子点的表面模型，从原子尺度上模拟Cu12Sb4S13量子点与NH3、CH3COCH3、C2H5OH和CH3OH的吸附过程，从吸附能和Mulliken电荷布局分析来解释Cu12Sb4S13量子点对NH3在室温下的高灵敏度和高选择性。　　（1）利用热注法制备Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料。物相和形貌表征结果说明，平均尺寸为5.7nm的Cu12Sb4S13量子点均匀分布在rGO上，避免了Cu12Sb4S13量子点团聚，进一步暴露了活性位点，有利于提升室温下的气敏性能。对Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料进行室温下氨气测试。结果表明，与纯Cu12Sb4S13量子点和rGO相比，Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料在室温下对氨气的气敏响应得到显著提高，Cu12Sb4S13QDs/rGO复合材料在250ppm NH3下的响应值为1.389，是纯Cu12Sb4S13量子点的1.28倍，响应时间和恢复时间分别为63s和133s，检出限低至1ppm。在45％到80％的湿度范围内，Cu12Sb4S13QDs/rGO复合材料的气敏性能具有很好的稳定性。此外，Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料在45％的湿度下经过4个循环后，其气体响应依旧稳定，这得益于Cu12Sb4S13量子点的亲水性较差的本征特征。良好的选择性和长期稳定性证明Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料可能是实际氨气检测的良好选择。借助原位红外光谱和紫外光电子能谱测试方法对Cu12Sb4S13量子点/rGO复合材料进行气敏机理探究，研究发现：氨气在复合材料表面发生吸附，发生电子转移，与预吸附O2-发生反应生成NO，电子从Cu12Sb4S13量子点向rGO转移，在rGO上快速传输，传递气敏信号。　　（2）使用Material Studio建立了Cu12Sb4S13量子点的（111）面表面模型。为了模拟实际情况，将下层原子固定，之后进行多次几何优化，使得表面原子发生驰豫，获得能量最稳定结构。由原位红外数据得知，吸附氧在气敏吸附上具有重要作用，考虑空气中氧分子的预吸附，采用DFT模拟从原子尺度揭示Cu12Sb4S13量子点表面的吸附氧裂解过程。由Mulliken电荷布局分析得知，裂解的O原子会从Cu12Sb4S13量子点表面抽取更多的电子。采用DFT模拟从原子尺度分别揭示了Cu12Sb4S13量子点与NH3、CH3COCH3、C2H5OH和CH3OH的吸附过程。为了分析Cu12Sb4S13量子点对这四种气体的响应值差异，从吸附能和Mulliken电荷布局分析这两方面解释。计算表明，Cu12Sb4S13量子点对NH3、CH3COCH3、C2H5OH和CH3OH的吸附能分别为-181.95kJ/mol、-157.33kJ/mol、-102kJ/mol和-16.77kJ/mol。四种气体的吸附反应均为放热反应，其中Cu12Sb4S13量子点对NH3的吸附能最高，可从吸附能的角度来说明Cu12Sb4S13量子点对NH3有较高的选择性，这与实验结果相符。之后对四种气体进行Mulliken电荷布局分析，发现Cu12Sb4S13量子点吸附NH3后的电荷转移量最高，从电荷转移的方面进一步证实Cu12Sb4S13量子点对NH3的较高选择性。为了考察结构中Cu12Sb4S13(111)-O-NH3原子间的相互作用，对一氧化氮的生成过程进一步确认，之后对Cu12Sb4S13(111)-O-NH3进行局域态密度分析（LDOS）。计算结果表明，预吸附的氧原子和氮原子存在重叠峰，这说明两者之间存在化学键，证实了一氧化氮的生成，这与原位红外的结果一致。

关键词： Haldane模型   量子输运   局域陈数   高陈数   畴壁  

摘要： 自拓扑绝缘体理论提出以来,拓扑量子态和拓扑量子输运激发了很多人的研究兴趣,1988年***在二维蜂窝格子添加交错磁通,获得两支具有拓扑性质的能带,当低能带被整数电子完全填充,高能带未占据,获得无朗道能级的整数量子霍尔态,这种满足时间反演对称性破缺的拓扑绝缘体称为陈绝缘体,由陈数(?)=±1标记。Haldane模型作反常霍尔效应原始模型被大量研究,特别是在石墨烯晶格的结构上采用不同的几何构型来获得新的物理特性。作为陈绝缘体,人们主要局限于能带、陈数、态密度等一些物理量的计算,而在输运性质方面的研究相对较少。但是,特殊性几何结构上的拓扑问题探讨已是近几年的发展趋势,所以,对于有限体系输运性质的探究充满了发展前景。本文我们在Haldane模型的基础上构造一个莫比乌斯带上的输运系统,并利用电导与陈数一一对应的特性,用更加详细的物理图像来理解材料的拓扑量子态和拓扑量子输运性质。对存在畴壁(Domain wall)系统研究中,我们发现,当导线包含畴壁时会得到与高陈数体系相同的输运效果。为了实现对量子器件输运性质的调控,我们分别对存在一条和三条畴壁的莫比乌斯带进行了详细的讨论。首先,在只有一条畴壁的莫比乌斯带中,我们在畴壁之间添加磁通,发现畴壁之间的跃迁系数可以诱导交替分布的边缘态。此外,针对量子器件的稳定性,我们探究了莫比乌斯带的尺寸对输运的影响,并且发现,当模型的宽度大于11倍晶格常数时,畴壁磁通将不对电导平台产生干扰。最后,在存在三条畴壁的莫比乌斯带研究中,我们找到了导线搭建的位置和包含畴壁的数量与霍尔平台的高度的关系,可以随意对霍尔电导平台的高度进行调控,在最基本的Haldane模型参数下达到与高陈数体系相同的输运效果。