MgO声子散射曲线和热力学特性的第一原理研究(英文)

利用从头算场论结合局域密度近似和Troullier-Martins赝势,计算了MgO的声子散射曲线和热力学特性。计算结果和所有的有效实验值进行了比较,发现理论计算结果和实验结果吻合的很好。

GaAs衬底上分子束外延ZnTe_(1-x)S_x合金的光学声子散射研究

用分子束外延方法在GaAs（100）衬底上外延生长了不同组分的ZnTe1-xSx（0＜x＜1）合金．用X射线衍射和喇曼散射对该合金的晶体结构和光学声子散射性能进行了研究．通过对其光学声子频率随x的变化研究发现，ZnTe1-xSx合金呈现典型的双模特性．其中，ZnTe1-xSx合金中类ZnTe模和类ZnS模的长波光学声子频率随组分x呈线性变化．用改进了的随机元等位移（MREI）模型计算了该合金的长波光学声子频率和x的关系，并与测量结果作了比较，理论和实验符合很好．

基于纯声子散射模型的纳米薄膜热传导分析

起粘结作用的薄膜结构厚度达到纳米尺度时,应用由微尺度观点建立的非傅立叶热传导模型分析其性能。文章采用纯声子散射模型分析绝缘薄膜结构的温度场和热应力,并与用在宏观尺度下的傅立叶热传导模型所得结果进行比较,同时研究绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力的影响。研究表明:采用纯声子散射模型分析结果与傅立叶热传导模型所得结果有明显区别,绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力也有显著影响。

铜氧面电阻率-温度线性依赖与空穴-声子散射

在BCS理论框架中,推导出高温铜氧化物材料中电子或空穴对间的电声作用强度T与电子费米速度成正比,与相互作用距离的平方根成反比关系,代入索末菲量子自由电子气模型的电阻率公式,计算出高温超导铜氧化物材料正常态电阻率ρab对温度成线性依赖的比例系数β≈0.4×10-6(Ω·cm·K-1),与经验结果较为一致.并用空穴-声子散射机制解释了空穴型高温超导铜氧化物正常态的电阻率随温度的线性依赖行为.

［（Cdse）_m（ZnSe）_n］_p－Znse多量子阱中的多声子散射

对用原子层外延方法，在［００１］晶向ＧａＡｓ衬底上生长的［（Ｃｄｓｅ）ｍ（Ｚｎｓｅ）ｎ］ｐ－ＺｎＳｅ应变量子阱结构，在１０～３００Ｋ温度范围内测量了喇曼散射光谱，观察到两种类ＺｎＳｅＬＯ声子限制模．利用改变样品温度和入射光能量实现了共振喇曼散射，观察到高达７阶的类ＺｎＳｅＬＯ声子模．并讨论了多声子喇曼散射和热萤光过程的区别．

基于纯声子散射模型的梯度阻热涂层热力分析

梯度阻热涂层(由不同混合比的阻热涂层和底层材料组成)可以降低阻热涂层(陶瓷)材料和底层(金属)材料之间因热失配而产生的热应力.结合纯声子散射模型(用于梯度阻热涂层)与傅里叶热传导模型(用于底层),用数值方法求解梯度阻热涂层的温度场和应力场,研究了阻热涂层参数(松弛时间、声子速度)梯度分布对温度场的影响以及阻热涂层力学性能(弹性模量、热膨胀系数)梯度分布对热应力的影响.结果表明:阻热涂层参数梯度分布能明显减小梯度阻热涂层的温度梯度;阻热涂层力学性能梯度分布能降低梯度阻热涂层的热应力,其中热膨胀系数梯度分布的影响明显大于弹性模量梯度分布的影响.

掺杂原子质量对硅声子散射的影响

本文采用分子动力学方法,重点研究了掺杂原子质量对硅晶格振动行为的影响,在原子尺度上清楚地展示出目前实际无法展现的点缺陷影响声子散射的演化过程。结果表明:同位素掺杂的存在会在特定声子频率区引起共振,使透射率显著减少,掺杂原子质量较大时共振区域明显扩大,且透射率随掺杂浓度增加下降得越快,会使材料导热性变差;掺杂原子质量相同时,共振区中最小透射率对应的频率值不随浓度变化而改变。在大于共振频率时,有明显LA到TA声子模式的转变,随掺杂原子质量的增加TA模式所占比例增大。这些结果对深入认识点缺陷对晶格导热微观机制的影响有积极意义。

声子频率对同位素掺杂硅声子散射的影响

点缺陷对声子的散射是影响电绝缘体热导率的重要机制之一,其中声子频率是影响声子散射的重要因素.本文主要研究声子频率对同位素掺杂硅声子散射的影响.首先产生一个窄频率范围的声子波包,然后使用分子动力学(MD)模拟声子在同位素掺杂硅中的散射过程,在原子尺度下清晰展示了声子对同位素掺杂的散射过程,并对能量的透射率和反射率进行分析.将模拟结果和已发表的理论结果相比较,在单个同位素掺杂缺陷下,在临近共振频率区域内用改进的Pohl公式成功的拟合了MD结果,这一结果会对在较宽频率包括非色散和色散声子范围内构造声子热传导公式有帮助.对于在较高的掺杂浓度下,声子频率对声子散射特性的影响还需要更进一步的研究.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中二维电子气的极化光学声子散射

AlGaN/GaN界面处的二维电子气迁移率是描述高电子迁移率晶体管特性的一个重要参数,极化光学声子散射是高温时限制二维电子气迁移率的主要散射机制.本文对极化光学声子散射进行计算,结果表明在二维电子气浓度为6×10^11-1×10^13 cm^–2,温度为200-400 K范围内,极化光学声子散射因素决定的迁移率随温度的变化近似为μPO=AT-α(α=3.5);由于GaN中光学声子能量较大,吸收声子对迁移率的影响远大于发射声子的影响.进一步讨论了极化光学声子散射因素决定的迁移率随光学声子能量变化的趋势,表明增加极化光学声子能量可提高二维电子气的室温迁移率.

光学声子散射对纤锌矿AlN/GaN异质结中电子迁移率的影响

考虑导带弯曲和有限高势垒,利用变分法和力平衡方程研究了界面光学声子和半空间光学声子散射对纤锌矿AlN/GaN异质结中二维电子气(2DEG)迁移率的影响,数值计算了各支光学声子作用下迁移率随电子面密度及温度的变化.结果表明:总迁移率随电子面密度先上升后下降,随温度升高则一直呈下降趋势.在较低电子面密度时,沟道区的体纵光学声子散射为影响迁移率的主要因素;当电子面密度大于4×1013/cm2时,界面声子散射成为主要因素.

声子散射通道对CaO和CaS异常热导率的影响

为了揭示室温下氧化钙的导热系数低于硫化钙这一反常现象的物理机制,利用结合声子玻尔兹曼输运方程和第一原理计算方法系统研究了CaM的热导率.结果表明:CaM中热导率顺序为CaS>CaO>CaSe>CaTe,CaS热导率在声子频率高于2 THz后显著增加,最终成为4种化合物中热导率最高的材料;声子寿命是CaM热导率变化的主控因素,三声子散射相空间的变化趋势与声子寿命一致,这与声子的纵向光学支与横向光学支劈裂直接相关.因此,声子散射通道的数量决定了CaM的声子寿命,也是CaO热导率低于CaS这一反常现象的物理本质.

声子散射对载流子输运特性的影响

分析了晶格振动对固体材料中载流子输运特性的影响,重点阐述了长声学波对载流子的散射作用.使用玻尔兹曼输运理论描述了弱场下载流子的输运特性,给出了使用形变势散射和压电散射机制计算载流子迁移率的详细分析和具体公式.

GaAs/AlGaAs量子级联激光器中的声学声子散射

以具有三量子阱有源区的GaAs/Al0.15Ga0.85As量子级联激光器中的子带间;声学声子辐射散射为研究对象,从理论上研究了三量子阱有源区中的量子阱和势垒厚度的变化对声学声子辐射散射时间的调制作用.通过对子带间的声学声子辐射散射的总跃迁速率与相应的子带间的总自发辐射速率的比较,研究了声学声子辐射散射对量子级联激光器的辐射发光性能的影响.

带孔硅纳米薄膜热整流及声子散射特性研究

本文基于非平衡的分子动力学模拟方法计算了带有三角形孔的硅纳米薄膜的界面热阻特性,结果表明300—1100K范围内随着热流方向的改变,在含有三角形孔的硅纳米薄膜中存在热整流效应,热整流系数达28%.同时借助于声子波包动力学模拟方法,获得了不同频率下的纵波声子在三角形孔处的散射特性,结果表明纵波声子在散射过程中产生了横波声子,并且从三角形底部向顶部入射的声子能量透射系数比反向时平均低22%.不对称结构引起的声子透射率的差异是引起热整流效应的主要因素.

声子散射下碳纳米管场效应管建模方法研究

声子散射对碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistor,CNTFET)的特性有着不可忽略的影响.传统研究方法基于弹道输运模型来分析发生声子散射时各参数对器件特性的影响,进而建立CNTFET声子散射模型.为了降低模型复杂度,提高仿真计算的速度,本文深入研究了CNTFET的声子散射影响,对手性、温度和能量三个参数的变化进行了仿真,分析了参数对器件特性的影响.采用线性近似拟合的方式建立了一种新的CNTFET声子散射模型.通过分析散射下电流的变化,验证了该模型的正确性和有效性.与半经典散射模型相比,该模型由于不需要进行积分计算,计算过程较为简单,降低了运算量.

面心立方C_(60)的声子散射频率及态密度

自从电弧法制备C_(60)及C_(70)的方法建立以来,C_(60)的粉末衍射及波谱测定已经完成。但由于难以制备长程有序的C_(60)单晶,人们至今未能从实验上研究C_(60)晶体的晶格动力学;理论方面则由于计算量太大,严格的量子力学计算难以施行。前文中,我们建立了C_(60)

纤锌矿氮化镓基阶梯量子阱中界面声子的色散谱与散射率

本文理论分析了纤锌矿GaN-基阶梯量子阱中的电子-界面光学声子散射性质。阶梯量子阱中的解析的界面声子态及Frhlich电子-声子相互作用哈密顿被导出了。在考虑强内建电场效应及能带的非抛物性特性的情况下,阶梯量子阱结构精确解析的电子本征态也被给出了。以一个四层纤锌矿AlN-基阶梯量子阱为例进行了数值计算。结果发现,系统中存在四支界面光学声子模,这一观察明显不同于对称的GaN/AlN单量子阱与双量子阱的情况。这一差异被归结为阶梯量子结构的非对称性。GaN-基阶梯量子阱中的子带内散射率与子带间散射率比GaAs-基阶梯量子阱的结果大一个数量级,这被归因于GaN-基晶体大的电子-声子耦合常数。GaN-基阶梯量子阱的子带内散射率表现出与GaAs-基体系类似的结构参数依赖关系,但两类体系的子带间散射率对阶梯量子阱结构参数依赖则明显不同,这被归结为GaN-基阶梯量子阱结构中强的内建电场效应及带的非抛物性。结果还表明,高频界面声子模相对于低频界面声子模,对散射率的贡献更大。

第一性原理的形变势理论研究声学声子散射对电荷传输的影响

本文应用密度泛函理论和玻尔兹曼方程,在形变势理论的框架和驰豫时间近似下,研究了分子晶体中电子与声学声子散射对电荷传输的影响.针对蒽、萘、丁省和并五苯的计算表明,非局域化电子的传输过程主要受到来自于声学声子的散射.对于蒽晶体,与以前的Holstein-Peierls模型计算结果相比,发现纵向声学声子对空穴的散射强度是光学声子的3倍,所得到的空穴迁移率更接近超纯单晶样品的实验测量结果.同时,我们发现电子的本征迁移率比空穴还要大,应用前线轨道交叠分析可以合理地解释这一结果.

半导体超晶格的多声子拉曼散射研究

半导体超晶格的多声子拉曼散射研究／张树霖，杨昌黎，侯勇田（北京大学物理系北京１００８７１）彭中灵，李杰，袁诗鑫（中科院上海技物所上海２０００８３）Ｒ．Ｐｌａｎｅｌ（ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒ...

四声子费米共振与反常巨大声子散射现象

近日,南方科技大学物理系教授何佳清团队在具有极低晶格热导率的AgCrSe2材料中的热输运机理研究方面取得重要进展。团队基于多体微扰理论,系统地研究了具有赝二维层状结构AgCrSe2在低温至室温下的非谐晶格动力学,发现该材料中由Ag原子的四阶非谐相互作用以及横波声学支的平坦能量色散关系所诱发的独特的四声子费米共振行为。