基于紧束缚理论的一维多镜像光子晶体特性研究

基于紧束缚理论,分析了一维多镜像光子晶体中多缺陷模的产生及缺陷模式分裂的机理,建立了缺陷模频率与缺陷层相对位置的关系模型.采用传输矩阵理论研究了双镜像光子晶体的光学传输特性,并讨论了光子晶体周期层数、入射角度、介质层厚度等及介质的相对折射率差等参数对光子晶体缺陷模特性的影响.模拟结果表明,调整光子晶体参数和缺陷层的相对位置可有效调控光子晶体的缺陷模特性,可为光子晶体多通道滤波器等光学器件的设计和应用提供一定的理论参考.

聚变堆中第一壁材料钨的紧束缚理论研究

为研究辐照时处于电子激发态下第一壁材料钨(W)的结构演化规律和热力学性质,采用紧束缚方法对聚变堆中W的物理性质进行理论研究。结果表明,体系在高能粒子辐照下诱导的电子激发导致了体系中被辐照的区域自发出现微孔、晶格急剧膨胀、熔点下降等现象。具体地,在中等电子温度(~5000 K)以下,W的晶格膨胀主要由晶格温度驱动,但在电子温度较高时电子温度导致被辐照区域的晶格膨胀效应不可被忽略。特别是当电子温度很高(>10000 K)时,即便晶格温度不高,电子温度也会导致很大程度晶格膨胀。这对认识聚变堆中第一壁材料W在服役过程中的物理状态十分重要。

SiC/nc-Si多层薄膜的光致可见发光谱的紧束缚理论

用Vogl提出的sp3s*紧束缚模型来研究碳化硅/纳米硅(SiC/nc-Si)多层薄膜的能带结构与其光致发光谱的关系,并设计出SiC/nc-Si多层薄膜最佳结构为{Si}1{SiC}8,即碳化硅层的厚度是纳米硅层厚度的8倍时的超晶格结构蓝光发射的效率最高.在等离子体增强化学气相沉积系统中,通过控制进入反应室的气体种类逐层沉积含氢非晶SiCx:H(a-SiCx:H)和非晶Si:H(a-Si:H)薄膜,然后经过高温热退火处理,成功制备出了晶化纳米SiC/nc-Si(多晶SiC和纳米Si)多层薄膜.利用截面透射电子显微镜技术分析了a-SiCx:H/nc-Si:H多层薄膜的结构特性,表明制得的超晶格结构稍微偏离设计,它的结构为{Si}1{SiC}5.最后对晶化样品的光致发光谱进行研究,详细分析了各个光致发光峰的物理本质.

小碳团族链状结构的紧束缚理论方法

本文作者利用紧束缚分子动力学模拟退火方法研究了小碳团族(Cn(n=2-5))的链状结构性质和能 量,通过与前人工作结果(C2-C5)的比较,发现本理论方法的结果相当精确地再现了Abinitio方法计算的结论。 因此,证明了紧束缚方法对于碳团族研究的可行性。

硅团簇结构和碎片行为的紧束缚理论方法

利用紧束缚分子动力学模拟退火方法研究了硅团簇Sin(n=2—14)的结构性质和能量.通过与前人工作结果(Si2—Si10)的比较,发现本理论方法的结果相当准确地再现了从头计算的结论.对较大的硅团簇所作的计算给出了有意义的结构预测.从能量观点出发,计算结果表明原子数分别为4,6,7,10,12和14的硅团簇较为稳定.还进一步研究了硅团簇的碎片行为,理论计算的结果表明较大的硅团簇的稳定碎片产物通常包括一个或两个“幻数”

由锐钛矿(101)片卷曲成单壁纳米管的紧束缚密度泛函理论研究

通过卷曲二维锐钛矿(101)周期性单层片(sheets)构造了一系列不同手性((n,0), (0,m), (n,m))的一维单壁TiO2纳米管. 用周期性紧束缚密度泛函理论(DFTB)方法计算并比较了不同管径和手性的TiO2纳米管在几何结构、电子性质等方面的差别. 结果表明: 除了(6,0)管, 其余纳米管随着管径的增大, 应变能和能隙减小. 而在管径相同的情况下, 不同手性的(n,m)纳米管的应变能随着n/m的增加呈现先增大后减小的趋势, 能隙变化不大.

热膨胀对固体能带结构的影响

以体心立方结构为例,利用紧束缚理论,讨论了热膨胀对固体能带结构的影响,具体计算了体心立方晶格的1S能带和2S能带.结果表明:随着温度的上升,热膨胀将使固体的晶格常数发生变化,使得1S和2S的能带中心和能带动边缘产生移动,从而对各能带的宽度和两带之间的禁带宽度都产生影响.所得结论能较好地说明锂金属的部分实验结果.

双周期光量子阱中的共振透射谱

用传输矩阵法研究了一维双周期光量子阱中的共振透射谱,揭示了光子隧穿双周期光量子阱时共振透射谱线的规律。研究发现,该结构拓宽了光子禁带区域,同时禁带中出现了多个共振透射谱,光子晶体的垒区通带频率范围内共振透射谱线的个数主要与光量子阱中垒区的周期数有关,而光子晶体的阱区通带频率范围内共振透射谱线的个数主要与光量子阱中阱区的周期数有关。同时也发现当双周期光量子阱结构的周期数为N时,适当调节垒区和阱区的周期数,可使每个共振透射谱分裂为N-1条,且各分裂谱线互不交叠,这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态,使信道密度增大,能有效地优化光波带宽的使用,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量中获得广泛应用。

Si(111)-7×7表面按格点标识的结合能

利用半经验的紧束缚理论，实现了将结合能这一基本物理量向格点展开，即获得按格点标识的结合能，用这种方法计算原子的局域结合能比常现方法简单得多；同时应用于Si（111）表面原子能量的计算，并与原子操纵实验作了比较。

悬挂键对石墨烯纳米带电子结构的影响

通过原子轨道线性组合方法研究悬挂键对石墨烯纳米带的电子结构的影响规律。当悬挂键能量超过7 eV时,边缘态被有效地消除,与第一性原理方法所得结果一致。对于完美的半导体石墨烯纳米带,由于未配对电子的存在,费米能附近出现悬挂键态和相应的电导峰。计算结果对石墨烯纳米带电子器件的设计和性能改善有指导意义。

石墨烯纳米环的电子结构和持续电流

基于紧束缚理论,研究了石墨烯纳米环的电子结构和磁响应特性。计算结果表明当存在垂直磁场时,由于谷间散射,能谱中每个能带由六条能级组成。根据环的电子结构,石墨烯纳米环可以分为金属环和半导体环。在金属环中,持续电流随着磁通增大呈现线性变化关系。然而,半导体环的持续电流随着磁通增大呈现正弦函数关系。无论是金属还是半导体石墨烯环,磁通驱动下的电子都沿着环做逆时针运动,因而呈现出抗磁特性。

人工原子间耦合:超构表面调控电磁波的新自由度

近年来,纳米光学体系中共振体间耦合引起了人们的广泛关注。相对于单一光子共振结构体系,由多个光子共振体组成的复杂耦合体系有着更大的调控自由度和更令人着迷的现象。然而,相比人们在实验方面取得的进步,对于耦合问题的理论描述仍远未令人满意。本文从少体问题到周期性超构表面,从光子封闭体系到开放体系,系统介绍了多种处理共振体间耦合的理论工具,以及如何利用这些工具设计具有特定电磁波调控功能的新型超构表面。本文将着重展示本研究团队近些年在这一领域的研究进展,为相关领域研究人员提供指引与参考。

形变碳纳米管场效应晶体管的电学性质

在紧束缚理论的基础上,推导出轴向拉伸和扭转形变时碳纳米管(CNT)的能带公式.结果显示拉伸和扭转形变都可以改变CNT的导电性质,在金属型和半导体型之间转变,特别是对于锯齿型CNT,根据n与3的余数关系,在拉伸和扭转中分别显示出三种不同的变化规律.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算形变对CNT场效应晶体管的电流-电压特性的影响,锯齿型CNT根据n与3的余数关系表现出不同的电流变化趋势,而对于扶手椅型CNT轴向拉伸不改变电流;在扭转形变时,CNT电流急剧升高,特别是扶手椅型CNT.锯齿型CNT和扶手椅型CNT的电流随扭转角度和外电压行为明显不同.在某些特定的扭转角度,电流随扭转角度变化非常显著,显示出锯齿型CNT和扶手椅型CNT发生半导体型与金属型之间的转变.

Si(7 7 17)-2×1表面银纳米线自组装过程的Monte-Carlo模拟

根据紧束缚理论和Si(7 7 17)-2×1表面的原子结构模型,运用蒙特卡洛方法模拟蒸发沉积在Si(7 7 17)-2×1表面的Ag原子经2次退火自组装成纳米线的实验过程.模拟结果表明,退火温度及作为模板的硅表面排状结构对银纳米线的自组装有较大影响;在退火过程中,Ag原子沿Si(7 7 17)-2×1表面原子沟槽扩散,并吸附在该表面的四聚体链上形成一维纳米线,这与实验结果相符合.

外加轴向磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学性质

在紧束缚理论的基础上推导出轴向磁场下碳纳米管的能带公式,研究外加磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学特性.说明磁场可使碳管的导电性质在金属型和半导体型之间转变,转变的磁场周期为0.50.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算了外加磁场对碳纳米管场效应晶体管的电流-电压特性的影响,研究结果显示zigzag管和armchair管的电流随外电压和磁场都有振荡行为,而且两类管的振荡行为有明显差别.