掺杂超晶格中带电粒子周期轨道的分叉现象

在经典力学框架内,导出了粒子在周期外场中运动的一般方程,并在阻尼情况下,利用Melnikov方法讨论了系统的分叉现象及临界行为。结果表明,系统的临界条件与其参数有关,适当调节这些参数,就可望输出强度大、稳定性好的高次谐波辐射。

掺杂超晶格量子阱带内跃迁的量子力学描述

引入正弦平方势,把掺杂超晶格中电子的运动问题化为带有大参数的Schrodinger方程。利用WKB近似和Langer变换,找到了系统的本征值和本征函数,并计算了掺杂超晶格电子的带内跃迁。结果表明,电子在相邻能级之间的跃迁能量大约在毫电子伏量级,而相应频率位于太赫兹附近。

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

碳纳米管作为最先进的纳米材料之一,在电子和光学器件领域有潜在的应用前景,因此引起了广泛关注.掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径.为了理解相关机理,利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质.研究发现,剪切形变会改变碳纳米管的几何结构,当剪切形变大于12%后,其几何结构有较大畸变.结合能计算表明,剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性,剪切形变越大,稳定性越低.电荷布居分析表明,硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存.能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体.随着剪切形变加剧,纳米管超晶格能隙逐渐减小,当剪切形变大于12%后,碳纳米管又从半导体变为金属.在光学性能中,剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小,且均出现了红移.

掺杂超晶格量子阱作为光学双稳态器件的可能性

引入正弦平方势来描述掺杂超晶格由于交替掺杂引起的导带周期性调制,并提出了一种获得光学双稳态的新概念。指出了只须在超晶格量子阱的两端加上一个直流电场和交变电场,便可以用它作为光学双稳态器件。在经典力学框架内和小振幅近似下,考虑到运动阻尼和外场作用,粒子运动方程化为了具有硬弹簧特性的Duffing方程。用摄动法找到了系统的近似解,并分析了共振线附近粒子的运动行为与系统的稳定性。结果表明,粒子的振幅平方与外场振幅平方的关系曲线出现了后弯现象,正是这个后弯现象决定了系统存在双稳态,也正是这个双稳态效应决定了掺杂超晶格可望作为光子或光电子技术中新的记忆元件或存储元件。

正弦平方势与掺杂超晶格双稳态系统的全局分叉

掺杂超晶格是对同一材料交替掺入n-型和p-型杂质,形成n-i-p-i-n-i-p-i…一维阵列的周期结构。由于交替掺杂,衬底材料的导带受到周期调制形成一个个十分类似于正弦平方形式的量子阱。引入正弦平方势,在经典力学框架内,把粒子的运动方程化为具有阻尼项和受迫项的广义摆方程。用Jacobian椭圆函数和第一类全椭圆积分找到了无扰动系统的解和粒子振动周期,利用Melnikov方法分析了系统的全局分叉与Smale马蹄变换意义上的混沌行为,给出了系统通过级联分叉进入混沌的临界值。结果表明,对于异宿轨道,当参数满足条件πqε0-4μ02mV0qE0<πsechd m2/2V0ν时,系统出现了Smale马蹄变换意义上的混沌振荡。对于振荡型周期轨道,当参数满足条件πqε0-4μ02mV0qE0<πsechpK′(κ2)Kd(κm)/2V0ν[E(κ)-κ′2K(κ)]时,产生了奇阶振荡型次谐分叉。注意到系统进入混沌的临界条件与它的参数有关,只需适当调节这些参数就可以避免或控制混沌,为光学双稳态器件的设计提供了理论分析。

掺杂超晶格电子结构的模型研究

本文利用两种极限下的模型近似,详细描述了沿(100)、(110)和(111)方向调制生长的Si—nipi掺杂超晶格中低亚带结构和费米能级的情况。给出了(?)(-(?))》(?)和(?)(-(?))《(?)的假设(?).这类材料的电子和空穴亚带能量随掺杂浓度、掺杂层厚度及自由载流子浓度变化的普遍规律.并将两种模型下的结果进行了深入比较。

新型InGaAs/InP多量子阱异质结构掺杂超晶格光波导调制器

提出一种新型的InGaAs/InP多量子阱异质结构掺杂超晶格光波导调制器。这种结构的器件结合了多量子阱大的光吸收非线性和掺杂超晶格低激发强度的优点,因此具有低驱动偏压差、高通断比率和高的调制响应速率。低的驱动偏压差、小的器件尺寸以及通过扩散形成的分隔接触电极结构(因此可以和传统的平面加工技术兼容),使这种器件特别适合于作为大规模光电集成的单元光调制器和光开关。

正弦平方势与一维掺杂超晶格的能带结构

引入正弦平方势,在量子力学的框架内,把电子在掺杂超晶格中运动的Schrodinger方程化为Mathieu方程,根据Bloch定理讨论了系统能量分布,并用摄动法求解了方程的低阶不稳定区及其禁带宽度,系统自动呈现出了能带结构,再现了带电粒子同掺杂超晶格相互作用的周期性特征。同时,由于不稳定区的宽度与粒子质量、势阱宽度和深度有关,只需适当调节这些参数,就可以调节带隙宽度,从而改变材料的光电性质。

掺杂超晶格与超相对论粒子同步辐射的稳定性

指出了对周期介质加上周期变化的电场,可望获得时空周期变化的周期场;在这种场中运动的带电粒子表现出人们预期的行为。讨论了超相对论情况下带电粒子的同步辐射,并以掺杂超晶格为例进行具体分析。在经典力学框架内和偶极近似下,把粒子的相位运动方程化为广义摆方程;讨论了带电粒子的同步辐射能量和系统的稳定性。结果表明,适当选择系统参数就可以保证系统的稳定性,如果选择势阱深度为1eV,周期为100nm,相对论因子为104时,电子的辐射频率可达1.25×1020 Hz,辐射进入X-能区。

GaAs掺杂超晶格的PR谱研究

本文报道了 GaAs 掺杂超晶格的室温 PR 谱研究结果.在1.43eV～1.52eV 能区观测到了与量子化电子或空穴态有关的一系列 PR 谱结构,并分析了这些结构的跃迁机理.实验结果与理论计算符合很好.同时,在2.80eV～3.30eV 间测得的(?)_1和(?)_1+△_1,也显示了明显的量子尺寸效应(quantum size effect).

用平面波法计算Si—nipi掺杂超晶格的电子态

本文用平面波法自洽地计算了Si-nipi掺杂超晶格的电子态。当di→0时,对称性较高的<100>、<110>和<111>方向计算的结果与在正空间用各向同性模型计算的结果相比较,其有效带隙的变化规律基本一致,说明用平面波法计算Si-nipi超晶格的电子态是行之有效的。

δ掺杂超晶格中的极化激元

本文采用转移矩阵的方法,研究了δ型掺杂超晶格中的极化激元模。结果得到其色散曲线分为两支,两支之间存在一带隙,带隙宽度随k_x增加而增加,计入推迟效应后,我们得出了在k_xω极限情形下的色散关系。

Co掺杂对Na3V2（PO4）2F3材料结构和电化学性能的影响

首次采用溶胶-凝胶法制备Co掺杂Na3V2-xCox(PO4)2F3(x=0.00,0.05,0.1,0.2)钠离子电池正极材料。使用XRD、FE-SEM、恒流充放电和交流阻抗测试分析了Co掺杂对Na3V2(PO4)2F3材料的结构和电化学性能的影响。结果表明,Co^2+取代V^3+可在Na3V2(PO4)2F3晶格内产生V^3+/4+混合电价从而提高Na3V2(PO4)2F3材料的电子电导率,具有更大离子半径的Co^2+替换V^3+可增大Na3V2(PO4)2F3晶胞体积,扩宽钠离子传输通道,从而提高其离子电导率。此外,Co掺杂可有效减小Na3V2(PO4)2F3电极的电荷转移阻抗。电化学测试结果表明,x=0.1时的Na3V1.9Co0.1(PO4)2F3电极展现出了最优异的电化学性能,0.1C时的首次放电比容量为111.3mAh·g^-1,5C时首周可逆容量为91.9mAh·g^-1,循环80次的容量保持率为70%。

通过一种新型共前驱体的方法简单合成能增强TiO_2可见光光催化活性的C修饰及Fe,N共掺杂的TiO_2材料（英文）

为了提高TiO_2的可见光光催化活性,研究者做了很多努力.晶格掺杂和表面修饰是提高TiO_2可见光光催化活性的两种重要方法,但由于这两种方法实施的条件不一样,所以很难将它们在同一个制备过程中统一起来.为了解决这个问题,我们通过邻菲罗啉与Fe2+络合形成Fe(II)-phenanthroline配合物,然后以这种配合物作为Fe,N,C的共同来源,通过水热-煅烧的方法合成Fe,N共掺杂且C表面修饰的TiO_2材料(Fe,N co-doped TiO_2/C).通过其在可见光照射下降解4-NP来评估材料的性能,同时也以XRD,FT-IR,XPS,EPR等手段对材料进行表征,结合实验结果推测了其可能的光催化机理.由可见光光催化降解动力学数据可知,Fe,N co-doped TiO_2/C表现出来的性能最佳,其反应速率常数为0.00963 min儃1,约是纯TiO_2的5.9倍,约是以三种单独来源分别引入Fe,N,C三种元素样品((Fe,N,C)-TiO_2)的5.1倍.这说明不同引入元素之间的强烈相互作用可以协同地提高TiO_2光催化能力.HRTEM图片显示Fe,N co-doped TiO_2/C中存在异质结结构,它是锐钛矿和板钛矿的混合晶相,TiO_2的这种混合晶型有利于增强其光催化性能.结合Fe,N co-doped TiO_2/C的XPS、拉曼和FT-IR数据进行分析,结果显示C元素是修饰在TiO_2晶体表面,N元素是完全掺杂到TiO_2晶格中,Fe元素大部分掺杂到晶格中,少部分修饰在晶体表面(这在Fe掺杂TiO_2的研究中较常见).另外,从XPS元素相对含量分析可知,用邻菲罗啉作为C,N的共同来源同时引入C,N,引入量比以往的报道提高了2倍左右,这表明我们报道的这种方法可以高水平地同时向TiO_2引入C和N元素,为同时高水平地向TiO_2中引入这两种元素提供了新的思路.结合EPR,时间-电流图,电化学阻抗图谱(EIS),光致发光图谱,Mott-Schottky图谱,XPS导带分析,活性自由基中间体捕获实验等多种表征的结果,我们推测Fe,N co-doped TiO_2/C的光催化机理如下:在可见光照射下,Fe,N co-doped TiO_2/C被激发而产生电子与空穴(h^+),电子与氧气反应形成O_2^-,然后O_2^-和h^+把污染物分子氧化并降解它们,而材料表面所修饰的C物质受之前所转移过来电子的保护,而不至于被强烈氧化.本研究实现了TiO_2晶格掺杂与表面修饰在同一制备过程的结合,为制备高性能无机-有机元素共掺杂,内部-外部共改性的TiO_2光催化材料提供了新的思路.

TiO_2金属离子掺杂改性研究进展

在二氧化钛中掺入金属成为提高二氧化钛光催化活性的重要方法。综述了引入金属杂质二氧 化钛光催化性能的改变研究现状,总结了含有金属杂质的二氧化钛光催化降解有机物的机理。

三维有序大孔SnO_2基固溶体用于有效燃烧碳烟颗粒（英文）

柴油车尾气排放的碳烟颗粒对人类的生存环境和身体健康带来了严重危害.催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效途径.碳烟颗粒催化燃烧是固-固-气相反应,因此催化剂本身具有活泼的氧中心且其能与碳烟颗粒有效接触是提高反应效率的关键因素.为改善碳烟颗粒与催化剂的接触,设计制备三维有序大孔(3DOM)催化剂,使碳烟颗粒可以进入催化剂孔道内部,增加其与催化剂的有效接触,是提高反应活性的有效途径.此外,在催化剂晶格中掺杂其它金属离子形成固溶体结构,可提高其氧化还原性能,也可有效提高其碳烟燃烧活性.SnO_2富含活泼的表面缺位氧和可还原的晶格氧,且其熔点高达1630℃,具有良好的热稳定性,被广泛用于制备气体传感、电化学和催化等材料.在过去的6年中,本课题组在SnO_2催化化学领域做了大量系统的工作,将SnO_2基催化材料用于多种环保和能源反应.发现通过其它阳离子Fe^(3+),Cr^(3+),Ta^(5+),Ce^(4+)和Nb^(5+)等的掺杂,替换晶格中部分Sn^(4+)形成金红石型SnO_2固溶体结构,可显著提高催化剂氧物种的流动性、活性和本身的热稳定性.本文采用胶体晶体模板法制备出了Ce^(4+),Mn^(3+)和Cu^(2+)离子掺杂的SnO_2三维有序大孔固溶体催化剂用于松散接触条件下的碳烟催化燃烧.采用SEM,TEM,XRD,STEM-mapping,O_2-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征,研究其碳烟催化燃烧性能.SEM和TEM结果表明已成功合成三维有序大孔结构样品.XRD,Raman和STEM-mapping结果表明,Ce^(4+),Mn^(3+)和Cu^(2+)离子均进入四方金红石型SnO_2晶格形成固溶体结构.另外,Raman,H_2-TPR,XPS和O_2-TPD等结果发现上述离子掺杂三维大孔SnO_2后,催化剂表面形成了更活泼、丰富的氧物种,有利于碳烟颗粒燃烧.其中3DOM-Cu_1Sn_9催化剂具有最丰富的活泼氧中心,因此表现出最高的活性.

光电功能材料

O471 2002053926掺杂超晶格的等离子激光与纵光学声子的耦合模=Coupling modes between plasmon and longitudinaloptical phonon for doped superlattice[刊,中]/程兴奎(山东大学物理与微电子学院.山东,济南(250100)),王文新,周均铭,黄绮(中科院物理所.北京(100080))//量子电子学报.—2001,18(6).—548-550测量出掺杂超晶格的喇曼散射谱,观察到喇曼位移的两个散射峰。理论分析认为。