含氢空位氢化金刚石2维原子晶体体系与硫酸吲哚酚和水分子相互作用的第一性原理计算

基于立方金刚石晶体结构构建了2种2维原子晶体:氢化立方金刚石(hydrogenated cubic diamond,HCD)和含氢空位氢化立方金刚石(hydrogen vacancy-HCD,Hv-HCD);将含氢空位氢化立方金刚石与单层六方氮化硼(h-BN)和石墨烯(graphene,G)组装构建了2种2维原子晶体范德华异质结构:h-BN/Hv-HCD和G/Hv-HCD.根据第一性原理,对含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系、硫酸吲哚酚和水分子的Fukui函数进行了计算.研究结果显示,含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子具有较大的f+(r)和f-(r)值,表明氢空位碳原子的亲电和亲核反应趋势较为显著.有关能量效应的计算结果表明:水分子与含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子形成氢键;硫酸吲哚酚分子在氢空位碳原子位点发生化学分解,生成3-吲哚酮和二氧化硫,原磺酸基羟基与氢空位碳原子结合形成醇羟基.该体系可以作为基于2维原子晶体研发生物活性分子、人体血液毒素分子吸附清除以及检测分析核心材料的参考依据.

叠层/转角二维原子晶体结构与极化激元的近场光学表征

极化激元是一种光与物质发生强相互作用形成的准粒子,可以极大地压缩光波长,提供一种突破衍射极限的光调制方式,为纳米光子学、非线性光学、量子光学等相关学科的发展提供了重要支持.范德瓦耳斯二维原子晶体是研究极化激元的理想平台,通过叠层、转角可以为极化激元的调控提供额外的自由度,从而展示出新颖的光学结构和极化激元特性.本文以近场光学为主要研究方法,对近几年出现的叠层及转角二维原子晶体的各种光学结构及极化激元进行综述.综述内容包括叠层石墨烯的畴结构、转角二维原子晶体的莫尔超晶格结构、转角二维拓扑极化激元、转角石墨烯手性等离激元等.最后,对叠层/转角二维原子晶体及其极化激元的未来发展进行展望.

弱耦合多原子晶体中磁极化子的有效质量

采用Lagrange乘子法,利用Huybrechts线性组合算符和幺正变换,研究弱耦合多原子半无限极性晶体中磁极化子的振动频率和有效质量。结果表明:在电子无限接近晶体表面时,磁极化子的振动频率和有效质量均与表面磁极化子的相同;在电子处于晶体深处时,磁极化子的振动频率未变,但其有效质量除了与声子和电子间耦合常数有关外,还与其所处深度有关。

磁场中多原子晶体中极化子的激发能量

研究磁场中多原子晶体中极化子的激发态的性质。采用线性组合算符和幺正变换方法,分别导出强、弱耦合情形下磁极化子的激发能量和平均声子数。结果表明,磁极化子的激发能量和平均声子数不仅包括不同支LO声子与电子耦合的贡献,而且还存在不同支LO声子间相互作用所贡献的附加项。

纳米一维双原子晶体颗粒的位移位移格林函数的计算

只考虑最近邻原子间的简谐力互作用 ,应用Dyson方程推导了纳米一维双原子晶体颗粒的位移 位移格林函数 ,并在此基础上研究了其声子结构。

新型锗硅基半导体二维原子晶体合成与带隙调控

新型二维半导体原子晶体兼具原子级厚度、纳米级层状结构、极高的载流子迁移率,是构建未来高性能纳米光电器件的核心材料之一~1。其中带隙是半导体电子器件和光电子光器件中最重要的基本参数之一,是影响半导体电子器件开关比和光电器件的光电流响应的关键因素之一~2。

电子白板在高中化学《分子晶体与原子晶体》课堂教学中的应用

电子白板运用于化学课堂教学中，能够有效地支持教师基于学习活动的教学设计。以《分子晶体与原子晶体》这节课为例，将立体化的空间模型通过交互式电子白板实现可视化，完成教师与学生以及交互式电子白板间的互动，实现学生与教材的对话。

原子晶体分析势能函数新理论模型及对硅与锗晶体的应用

原子晶体分析势能面对研究该体系的许多性质,如晶格动态学、点阵缺陷、吸附以及表面性质等是相当重要的.对势(双原子势)很早就被用来研究一些简单金属和离子体系.然而对于呈现明显共价特征的体系,如半导体和高分子等,简单的对势是不够的.Murrell等人最近报道了一个新的理论模型.多体展开法.这个模型可以精确地再现原子晶体的弹性等.但是在研究该体系的声子色散时,有较大的误差.这是因为该方案未明确考虑共价键的方向性.本文对该方案进行了修正.并对相应的二体势及三体势进行了改造,使之能更好地适应原子晶体.通过引入权重因子,二体势及三体势的比率可被调整,从而使它们在不同的组态空间中起作用.新模型已被用来导出硅与锗晶体(金刚石结构)的分析势能面.利用新势能面计算得到的弹性模量和声子散射谱等与实验所获得结构相当吻合.

多原子晶体中体极化子的激发能量

研究多原子晶体中体极化子内部激发态的性质 ,采用么正变换和Huybrechts的方法计算了多原子晶体中弱耦合体极化子的激发能量 .结果表明 ,体极化子的基态能量和激发能量表示为耦合常数α的幂级数 .

纳米一维双原子晶体颗粒的RAMAN光谱线形研究

推导了单声子Raman微分散射截面和位移 -位移格林函数之间的关系公式。以一维双原子晶体为例 ,计算了纳米双原子晶体的Raman光谱线形 ,结果表明 ,短波长的光学声子导致了纳米晶体Raman光谱线形的不对称 ,展宽和红移。

纳米一维单原子晶体的原子均方速度

应用格林函数理论 ,推导了纳米一维单原子晶体颗粒的原子均方速度公式 .数值计算结果表明 ,在有限温度下微粒表面原子的均方速度比内部原子的要小 ,微粒内部各原子的均方速度近似相等 .随着温度升高 ,表面原子的均方速度升高更快 ,在高温极限下所有原子的原子均方速度都相同 ,并与温度成正比 .微粒尺寸对各原子的原子均方速度几乎没有影响 ,但随微粒尺寸的增加 ,微粒中所有原子的均方速度的平均值增加 .

二维原子晶体:新型的高效氢同位素分离滤膜

氢同位素对于现代分析方法和示踪技术非常重要,其重要化合物——重水更是作为减速剂被广泛用于铀核裂变中。然而,现有的氢同位素分离技术,如水-硫化氢交换和低温蒸馏法,能耗极大,且分离效率很低（分离因子〈2.5）。因此,发展低能耗、高效的氢同位素分离技术是一项极具挑战的工作。

多原子晶体中强耦合表面极化子的声子平均数

研究多原子晶体中强耦合表面极化子的性质.采用Tokuda改进的线性组合算符和幺正变换方法导出了表面极化子的振动频率和声子平均数,讨论了多原子晶体中强耦合表面极化子的振动频率和声子平均数与拉格朗日乘子u和电子—声子耦合参数α的关系.结果表明:表面极化子的振动频率λ和声子平均数N随耦合参数α和拉格朗日乘子u的增加而增加.

多原子晶体中纯二维极化子的内部激发态

研究多原子晶体中纯二维电子与表面光学声子的相互作用性质,采用线性组合算符和幺正变换方法计算了多原子晶体中纯二维弱耦合极化子的基态能量、第一内部激发态能量和激发能量.结果表明:多原子晶体中纯二维极化子的基态能量、第一内部激发态能量和激发能量表示为耦合常数αsi的幂级数,不仅包括不同支SO声子与电子耦合的能量,还包括不同支SO声子间相互作用贡献的附加能量.

PEEM/LEEM技术在两维原子晶体表面物理化学研究中的应用

光发射电子显微镜(PEEM)/低能电子显微镜(LEEM)技术能够原位实时对表面结构、表面电子态和表面化学进行动态成像研究,在催化、能源、纳米、材料等领域有着重要的应用。本文着重介绍这两种技术的新进展,以及该技术在两维原子晶体的表面物理化学研究中的应用;包括原位研究两维原子晶体(石墨烯、氮化硼等)的生长、异质结构的形成、两维原子晶体表面下的插层反应和限域催化反应;将表面原位成像、微区低能电子衍射(μ-LEED)、图像亮度随电子束能量变化(I-V)曲线研究与其它表面表征技术相结合,能够有效理解两维层状材料表面以及层状材料与衬底界面上的动态过程。

类石墨烯二维原子晶体的微态理论模型

基于微态(Micromorphic)连续介质理论,提出了针对类石墨烯二维原子晶体的新力学模型.该模型以有限大小的布拉维单胞为基元体,考虑基元粒子的宏观位移和微观变形,依据微态理论基本方程,推导了全局坐标系下模型的主导方程.然后针对布拉维单胞中含有两个原子的类石墨烯晶体,通过分析单胞中声子振动模式与基元体自由度的关系,获得了微态形式下声子色散关系的久期方程,并根据二维晶体声子色散特性对久期方程进行了简化,进而确定了类石墨烯晶体模型的本构方程.最后,以石墨烯和单层六方氮化硼为例,利用简化的表达式拟合了它们面内声子色散关系数据,计算了模型材料的常数,石墨烯模型的等效杨氏模量、泊松比分别为1.05 TPa和0.197,氮化硼分别为0.766TPa和0.225,均与已有的实验值相符合.

超高真空条件下分子束外延生长的单层二维原子晶体材料的研究进展

二维原子晶体材料具有与石墨烯相似的晶格结构和物理性质,为纳米尺度器件的科学研究提供了广阔的平台.研究这些二维原子晶体材料,一方面有望弥补石墨烯零能隙的不足;另一方面继续发掘它们的特殊性质,有望拓宽二维原子晶体材料的应用领域.本文综述了近几年在超高真空条件下利用分子束外延生长技术制备的各种类石墨烯单层二维原子晶体材料,其中包括单元素二维原子晶体材料(硅烯、锗烯、锡烯、硼烯、铪烯、磷烯、锑烯、铋烯)和双元素二维原子晶体材料(六方氮化硼、过渡金属二硫化物、硒化铜、碲化银等).通过扫描隧道显微镜、低能电子衍射等实验手段并结合第一性原理计算,对二维原子晶体材料的原子结构、能带结构、电学特性等方面进行了介绍.这些二维原子晶体材料所展现出的优异的物理特性,使其在未来电学器件方面具有广阔的应用前景.最后总结了单层二维原子晶体材料领域可能面临的问题,同时对二维原子晶体材料的研究方向进行了展望.

二维Janus原子晶体的电子性质

自从石墨烯问世以来,具有各种新奇特性的二维材料在光电设备、自旋电子器件和谷电子器件等领域受到越来越多的关注.其中,使用各种分子基团对石墨烯进行不对称官能化时出现的优异性质,引发了人们对其他具有不对称表面特性的Janus二维材料的研究.作为二维材料的重要衍生物,Janus二维材料(尤其是Janus过渡金属硫化物)已成为近年来的研究热点.实验和理论上均已证实这类材料由于具有镜面不对称性而拥有新颖的特性,例如强的Rashba效应和平面外压电极化,为其在传感器、制动器和其他机电设备中的应用提供了广阔的前景.本文综述了新兴的Janus二维材料(包括Janus石墨烯,各种Janus二维材料以及Janus二维范德瓦耳斯异质结)的最新研究进展,总结了Janus二维材料独特的电子性质和潜在的应用.最后,给出了对Janus二维材料进行下一步探索的结论和展望.

拉曼光谱探究二维原子晶体结构和物性的研究进展

二维原子晶体在纳米电子器件、光电子器件方面具有潜在的应用前景,近年来引起了广泛关注。拉曼光谱一直以来被公认为材料结构独一无二的"指纹光谱",具有快速、准确、样品无损伤、无需样品预处理、大大节省研究成本等重要特点。随着大量新型二维原子晶体的成功制备,拉曼光谱将在相应指纹光谱的建立和奇异物性的发掘方面大显身手。本文概述了拉曼光谱在探测二维原子晶体的堆垛方式、层数、晶格取向的各向异性、缺陷等结构表征方面的研究进展,同时也概述了共振拉曼光谱在揭示二维原子晶体中电子与光子、电子与声子之间的相互作用,甚至在获取晶格振动声子结构等方面的重大作用,为读者提供了一个审视拉曼光谱在纳米材料基础研究和功能化应用研究方面扮演的重要地位的新视角。