电子在自旋-轨道耦合调制下磁受限半导体纳米结构中的传输时间及其自旋极化

通过考虑构筑在半导体GaAs/Al_(x)Ga_(1–x)As异质结上的磁受限半导体纳米结构中的塞曼效应和自旋-轨道耦合,本文采用理论分析和数值计算相结合的方法研究了电子的传输时间与自旋极化.利用矩阵对角化和改进的转移矩阵方法,数值求解电子的薛定谔方程;采用H.G.Winful理论求电子的居留时间,并计算自旋极化率.由于塞曼效应与自旋-轨道耦合,电子的居留时间明显地与其自旋有关,因此可在时间维度上分离自旋、实现半导体中电子的自旋极化.因为半导体GaAs的有效g-因子很小,电子自旋极化主要源于自旋-轨道耦合,大约为塞曼效应引起的自旋极化的4倍.由于电子的有效势与自旋-轨道耦合的强度有关,电子的居留时间及其自旋极化可通过界面限制电场或应力工程进行有效调控.这些有趣的结果不仅对半导体自旋注入具有参考价值,而且还可为半导体自旋电子学器件应用提供时间电子自旋分裂器.

具明亮基态激子的半导体纳米晶体发现

来自美国海军研究实验室(NRL:United States Naval Research Laboratory)和瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH:Eidgenössische Technische Hochschule Zürich)的科学家表示,他们发现了一类具有明亮基态激子的新型半导体纳米晶体。这一发现标志着光电子领域的一项重大进步,可能会彻底改变高效发光器件等技术的发展。相关论文发表于新一期《美国化学学会·纳米》杂志上。通常情况下,纳米晶体内能量最低的激子被称为“暗”激子。暗激子的存在减缓了光的发射速率,限制了基于纳米晶体的器件,如激光器或发光二极管(LED:Light Emitting Diode)的性能。长期以来,科学家一直致力于寻找克服这一难题的办法。

高取向碳纳米管纤维的制备及其在复合导体中的应用

利用白炽拉伸退火工艺(incandescent tension annealing process,ITAP),制备不同重物负载的拉伸应力下退火后的碳纳米管纤维(carbon nanotube fiber,I-CNTF),随之在纤维表面利用电沉积镀铜的方法获得碳纳米管/铜复合导线。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、广角X射线散射(WAXS)、万能试验机分别对碳纳米管纤维(CNTF)形貌、结构、取向、强度进行了表征。结果表明在,负载重物质量为100 g时,I-CNTF的取向因子高达0.71,相比原始碳纳米管纤维(pristine carbon nanotube fiber,P-CNTF)提高了1.8倍;同时I-CNTF的力学拉伸强度相比原始纤维也提高了2.35倍,且电学性能也有明显的提升,因此在碳纳米管/铜复合导体的应用中展现出极大的优势。

有机半导体-纳米银复合基底的制备及其在表面增强拉曼光谱中的应用

工业染料的大规模生产和广泛应用给地球生态带来了相当大的影响,对水环境污染非常严重,而传统色谱和光谱工具难以检测到微弱的光谱和化学信息,因此开发便携快速的检测技术至关重要。表面增强拉曼光谱(SERS)是一种与纳米技术相结合的新型分析技术,可以实现单分子量级化学物质的检测,但潜力容易受到SERS基底的增强能力、稳定性等普适性问题限制。研究提出了一种简单而通用的策略,制备了一种基于疏水性有机半导体双(二氰基亚甲基)-封端-二噻吩并[2,3-d;2’,3’-d]苯并[2,1-b;3,4-b’]-二噻吩(4CN-DTmBDT)薄膜为衬底的新型SERS复合基底。首先通过旋涂法制备有机半导体衬底,该π共轭有机半导体具有分子结构可控、生物相容性、光电特性可微调、成膜形态参数可控等优势,衬底表面具有疏水性使纳米银粒子(AgNPs)在其表面形成紧密咖啡环,制备有机半导体-纳米银SERS复合基底,探究基底拉曼信号的增强效果。同时提出了一种该有机半导体与纳米银粒子的协同增强机制,并对增强能力与增强机理进行了相关研究。结果表明,紧密咖啡环的形成减小了银纳米颗粒之间的空间,检测时通过浓缩分析物,从而增强了热点效应。对以有机染料为探针分子罗丹明6G(R6G)的检测限低至1×10^(-8)mol·L^(-1),SERS增强因子(EF)达1.30×10^(6),对于疏水性更优异的PDMS与纳米银粒子复合基底检测限为1×10^(-5)mol·L^(-1),说明单独的纳米银粒子对R6G探针信号增强能力有限,同时证明研究采用的有机半导体与银纳米粒子之间通过协同效应进一步显著提升基底拉曼信号,而且灵敏度高、重复性好。该SERS复合基底对1×10^(-4)和1×10^(-8)mol·L^(-1)R6G染料检测的相对标准偏差(RSD)分别为8.3%和4.7%。实验表明该有机半导体-纳米银复合基底在废水中染料痕量分析领域具有良好的应用潜力。

高质量半导体-超导体纳米线原位分子束外延和低温量子输运研究进展

局域环境和量子比特之间的相互作用引起的量子退相干是目前限制量子计算发展的主要技术瓶颈。基于马约拉纳零能模的拓扑量子计算通过将量子信息非局域地存储于两个空间分离的马约拉纳零能模及其拓扑结构中,实现对局域噪音的免疫,有望从物理层面解决量子退相干问题。强自旋轨道耦合窄禁带半导体与超导体构成的异质结纳米线是研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的理想实验平台。本文综述了近年来高质量半导体-超导体纳米线的原位分子束外延制备和低温量子输运研究进展,并对半导体-超导体纳米线拓扑量子计算研究进行了展望。

Rashba自旋-轨道耦合调制的单层半导体纳米结构中电子的自旋极化效应

利用现代材料生长技术纳米厚的半导体可以沿着良好的方向有序生长,形成层状半导体纳米结构.在这种半导体纳米结构中由于结构反演对称性破缺出现较强的自旋-轨道耦合,能有效消除半导体中电子的自旋简并,导致电子自旋极化效应,在自旋电子学领域中具有重要的应用.本文从理论上研究了单层半导体纳米结构中由Rashba型自旋-轨道耦合引起的电子自旋极化效应.由于Rashba型自旋-轨道耦合,相当强的电子自旋极化效应出现在该单层半导体纳米结构中.自旋极化率与电子的能量和平面内波矢有关,尤其是其可通过外加电场或半导体层厚度进行调控.因此,该单层半导体纳米结构可作为半导体自旋电子器件应用中的可控电子自旋过滤器.

杜克大学的研究团队实现碳纳米管导电性可控转换

碳纳米管(CNTs)不仅强度超越钢铁,还有极佳的导电和导热性,使它们有潜力取代硅成为下一代电子产品的候选材料。近期,杜克大学化学系教授Michael Therien的研究团队在碳纳米管研究领域取得了重要突破,他们开发了一种将金属性碳纳米管转变为可开关的半导体碳纳米管的方法。这一方法的核心在于利用特殊的聚合物对碳纳米管进行包覆,从而改变其电子属性。这些聚合物以有序螺旋的方式环绕在碳纳米管表面,就像丝带缠绕在铅笔上一样。

碳纳米管场效应晶体管制备的新进展:可降解聚合物包裹技术

随着传统硅基技术接近物理极限,寻找新型半导体材料成为了研究热点。碳纳米管(CNTs),特别是半导体型碳纳米管(s-CNTs),因其卓越的载流子迁移率和低本征电容,被认为是未来高性能电子器件的理想材料。然而,传统聚合物包裹技术虽然能有效分离半导体碳纳米管(s-CNTs),但用于包裹的残留聚合物会严重影响器件性能。最近,北京大学彭练矛院士的研究团队开发了一种使用可降解聚合物对碳纳米管进行高纯度分离的技术,并可高效去除聚合物,相关研究成果发表于《ACS Nano》杂志上。

半导体纳米晶体的光致发光特性及在生物材料荧光标记中的应用

介绍了半导体纳米晶体 (亦称量子点 )的结构特征和光致发光特点 ,并与有机荧光染料分子的光致发光性质作了对比。结合本实验室所做的工作 ,对半导体纳米晶体用于生物材料的连接、标记和检测作了综述。

纳米半导体光催化甲醇水溶液制乙二醇

采用主客体结构的纳米ＺｎＳ通过光催化法从甲醇水溶液选择性地合成了乙二醇（ＥＧ）．考察了杂质成分和体系的稳定性，研究了光源、催化剂的温度处理、反应时间、溶液ｐＨ和主体分子等因素对ＥＧ选择性的影响．

纳米半导体研究进展

本文从纳米半导体的特性、制备方法、表征和应用前景等方面，对其研究进展作了综合评述。

半导体纳米微粒/聚合物复合物的制备及其光电性能

半导体纳米微粒／聚合物复合物是一种新型的功能材料，其独特的特性赋予了该类材料崭新的光电性能等。文章分析比较了这种材料常见的几种制备方法。

半导体纳米光功能材料的合成方法

本文以硫属半导体纳米材料的合成为例，综述了纳米光功能材料的合成方法，各种方法的特点和今后的发展方向。

半导体纳米晶的光吸收系数与尺寸的关系

利用有效质量近似，考虑有限深势阱，对半导体纳米晶的光吸收增强效应进行了研究，提出了一个基本的模型．在强限制区，随着半导体纳米晶尺寸的减小，势阶壁对电子一空穴对的相对运动的限制作用大大地增强了光吸收振子强度，对激子的质心运动的限制作用缓慢地增加了吸收振子强度，而跃迁频率的变化减小了吸收振子强度，这三者的总体贡献导致了光吸收系数的大大增强；在弱限制区，单位体积的光吸收振子强度趋于一个常数，这与著名的巨振子强度理论是一致的．用该模型计算的和用反尺寸立方关系模型计算的吸收系数同实验进行比较，其结果更与实验相。吻合．

半导体/石墨烯纳米复合材料的制备及其应用进展

综述半导体/石墨烯纳米复合材料的制备及其应用,评述了它们在应用领域,尤其是在先进储能装置、光催化或传感器等领域表现出来的优异性能。在此基础上,进一步提出了它们在未来的可能发展趋势将是进一步降低材料制备成本、深入理解复合材料间相互作用机理及材料结构和组成与性能间的关系等方面。

用光声技术研究半导体TiO_2,ZnO纳米晶粉的光学特性

应用新型的光声光谱技术,研究了不同种类和不同制备工艺条件的半导体纳米晶粉的光学特性,测量了半导体TiO2、ZnO和掺铝ZnO纳米晶粉的光声光谱,获得了这些半导体纳米晶粉的带隙和光谱吸收系数。研究结果表明,相同种类和相同颗粒形状的半导体纳米晶粉的粒径越小,光学吸收系数越大。半导体纳米晶粉的带隙与相同种类纳米颗粒形状(圆球形或棒形)密切相关。通过掺杂、改变粒径尺寸、改变形状可以达到改变纳米晶的光学、电学特性的目的。

CdS/MS(M=Ag,Pb,Cu,Zn)半导体纳米复合结构的制备

利用金属硫化物在水溶液中溶度积的差异和通过水热及超声波等辅助方式,利用离子置换法与共沉淀法,对CdS纳米棒上金属离子(Cd2+)的部分置换而对纳米微粒进行侵蚀或包覆,形成镶嵌式点缀结构或完全包覆层的异质核-壳结构CdS/MS(M=Ag+,Cu2+,Pb2+,Zn2+)。使用XRD和TEM对所得样品进行了表征。

用于微生物体标记的CdTe半导体纳米晶超声波水相合成

利用超声波法制备高质量CdTe半导体纳米晶体,采用该方法不仅降低了实验成本,简化了实验流程,而且还可制备出量子产率达到50%的CdTe纳米晶体,具有较好的光谱学性质,可用于莱姆病伯氏螺旋体(微生物)的荧光标记,有利于提高对该病的检测效率.

纳米半导体中多重激子效应研究进展

多重激子效应是指纳米半导体吸收一个高能光子后产生两个甚至多个电子-空穴对的物理过程,不仅具有重要的基础研究意义,而且在新型太阳电池及高性能光电子器件领域具有潜在应用价值.综述了多重激子效应的发展历程;总结了纳米半导体的材料组分、体系结构甚至表面质量对多重激子效应的影响;介绍了多重激子效应的实验测试分析方法以及解释多重激子效应的理论方法;概括了目前多重激子效应在器件中的应用并对其应用前景进行展望.

纳米半导体及其应用

纳米半导体硅（nc-Si：H）薄膜是利用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）方法制备的，制备条件可以很好地进行调节控制。纳米硅薄膜由两种组元组成：纳米尺度晶粒组元和晶粒间的界面组无，即晶态相和晶界相组成.这对发展半导体器件，例如量子功能器件和薄膜敏感器件等是特别有价值的。