能带论与电容器电容

根据能带论和电磁学理论讨论了影响电容器电容的因素,认为电容器电容与电容器负极板内价电子最高占据态,即电容器极板的脱出功有关,在同一温度条件下,脱出功大的金属材料做成的电容器电容大。给出了温度对电容器电容的影响及电容器热击穿的原理,给出了阴极放电的正确物理图像。分析了电容器电容与正对面积成正比、与板间距离成反比的物理意义,认为极板面积表明容纳电荷的数量,板间距离反映了电势作用的规律。分析了电容器充电过程的能量转换过程,结果表明,正极板上的静电能在数值上等于正极板内价电子之间相互作用斥力势能的减少量;负极板上的静电能在数值上等于负极板内价电子之间相互作用斥力势能的增加量;正负极板上静电能的总和为零;为电容器充电的电源内部非静电力做功将非静电场能量转化两极板之间的静电场能量,由此证明了长期以来电磁学理论无法证明的电磁场能量是由谁携带的问题。提出了研究电容器极板材料的初步思路,认为半金属、半导体材料或者绝缘体掺杂材料有可能成为大电容的电容器极板材料,这对于人类目前正在研究接收雷电能量具有重要的理论意义和实际意义。

固体物理能带论类比法教学研究

通过对固体物理能带结构的形成与光子晶体禁带形成的类比 ,使固体物理能带论的教学过程更加具体化、形象化 ,使学生逐步形成发散性思维。增加了学生的学习热情和学习兴趣 ,取得了较好的效果。

能带论的基本思想及其具有普遍意义的结果

本文从晶体的多粒子体系出发，用定性的方法和用绝热近似、单电子近似的方法阐述了能带的形成以及能带论的具有普遍意义的结果。

能带优化和载流子调控改善SnTe的热电性能

作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和晶格工程可同时优化功率因子和晶格热导率,提升SnTe的热电性能。本研究采用MgSe合金化策略,通过熔炼和放电等离子烧结(SPS)的方法制备了一系列Sn1-yPbyTe-x%MgSe(0.01≤y≤0.05,0≤x≤6)样品。研究发现,合金化MgSe可增大能带带隙,有效抑制本征SnTe在高温段的双极扩散,使高温Seebeck系数得到提升,同时声子散射降低了体系晶格热导率,使高温热电性能(873 K)提升了100%;掺杂Pb元素可有效调制载流子浓度抑制电子热导率,从而提升SnTe平均热电性能。其中,Sn0.96Pb0.04Te-4%MgSe样品在873 K的ZT为1.5,423~873 K的平均ZT达到0.8,得到了比文献更优异的结果。

复杂等离子体光子晶体能带结构计算

等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温度等参数来获取满足特定需求的能带结构特性便有着非常重要的意义。基于上述考虑,提出Petrov-Galerkin有限元计算方法来求解并分析等离子体光子晶体的带隙特性。该方法的核心思想是构造在边界上系数互为倒数的基函数和测试函数所构成的空间,在消除边界上积分的同时降低自由度。采用的网格为半笛卡尔投影网格,该网格能适应复杂等离子体柱形状。在建立弱形式时将界面非线性连续条件线性化,简化了界面积分项的处理。通过绘制数值算例的能带结构图,分析验证了等离子体电子密度、等离子体光子晶体柱的填充率和形状等因素对带隙宽度、带隙位置、耦合带隙以及截止频率造成的影响,从而实现等离子体光子晶体能带结构的可调控性。

CoFeAl水滑石超薄纳米片的能带调控及其高效光催化分解水制氢性能

利用双滴法合成了厚度仅为1.86nm的超薄CoFeAl水滑石纳米片(CoFeAl-LDH),发现其具有优异的光催化产氢性能。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、原子力显微镜和紫外-可见吸收光谱等多种表征方法,研究了其晶体结构、形貌和能带结构。实验结果表明,CoFeAl-LDH在400~800nm的可见光区域内均具有较好的光吸收能力,而且通过调变Co∶Fe∶Al的摩尔比例,实现了CoFeAl-LDH的能带调控。系统考查了不同Co∶Fe∶Al摩尔比例对其光催化产氢性能的影响,发现Co_(6)Fe_(3)Al_(3)-LDH催化剂展现出最好的产氢活性,产氢速率达到576μmol/g·h,高产氢活性主要是由于其具备更强的还原氢质子能力,以及更优的光生载流子分离效率。

PT对称势下自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的能带结构

数值研究PT对称势下具有自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的能带结构.用傅立叶配置法求解布洛赫能带,分析PT对称晶格势的深度、虚部相对大小、自旋轨道耦合强度和拉比耦合强度对能带结构的影响.结果表明,第一、二能带的上下边沿随晶格深度的增加而上升,但能带宽度变窄;当PT对称晶格势的虚部大于临界值时,第一和第二能带发生重叠;随着自旋轨道耦合强度的增大,第一和第二能带的上下边界均减小;拉比耦合强度对能带结构也具有重要影响.

二维异质结构的I、II、III能带特性综述

自从石墨烯的成功剥离以来,二维材料深受电子科技产品的欢迎。随着技术的进步,单一的二维材料的电子性质已不满足现在的需求。随之而来的是通过各种方法来调控材料的电子性质扩展其应用范围。其中构建异质双层结构是一种有效的方法,它可以保留原有材料的优点,甚至产生新的电子性质。构建的异质双层结构所展现的I、II、III型能带特性使得我们在调控其电子性质时可以选择有效的方法。本文对三种能带特性材料以及其电子性质的调控方法进行了综述。

GaN HFET加应力后的虚栅和亚稳态能带

使用双曲函数拟合描绘出从应力偏置转换到测试偏置后,不同时刻的表面电势、电场强度和电场梯度的动态弛豫过程。计算出这一偏置转换引发的亚稳态能带。亚稳态能带的弛豫过程描绘出沟道夹断后的异质结充电过程。亚稳态能带计算证明外沟道中的强场峰、电场梯度峰、能带谷和能带峰都由局域电子气电荷引起,局域电子气的慢输运行为延缓了异质结充电过程,拉长了偏置转换中的亚稳态能带转换弛豫。当负应力栅压向空间电荷区注入电子给陷阱充电时,陷阱电荷叠加在局域电子气电荷上,强化了能带畸变和电流崩塌。由此提出涉及异质结能带转换的新虚栅模型。在新虚栅模型下异质结能带变化引发的电子气状态变化比旧虚栅模型中的电子耗尽作用强得多,据此能够解释从漏控DLTS测得的外沟道陷阱密度比栅控DLTS测得的内沟道陷阱密度大1~2个数量级的实验结果。使用涉及能带转换的新虚栅模型讨论了GaN HFET研究中的电流崩塌、3 mm场效应管及可靠性难题。提出二维异质结构用异质结鳍来研制场效应管的新课题。

关于能带宽度的一点修正

材料的能谱、能带宽度是材料能带结构的重要参数,是了解材料物理性质的基础.材料的几乎一切光学、力学、热学及电磁学等性质的测量结果,必须要有正确的能带结构才能得到合理的解释,凸显能带理论的重要性.针对目前国内大部分固体物理教材中,在利用紧束缚近似法讨论三维晶格能带宽度时未提及波矢方向,且能带宽度取值不合适的情况,讨论了沿不同波矢方向面心立方晶格的能带宽度,作为讨论晶格所对应晶体不同方向其它性质的基础.

扶阳罐干预背俞功能带对慢性疲劳综合征患者临床疗效及皮质醇影响

目的:观察扶阳罐干预背俞功能带对慢性疲劳综合征(CFS)患者临床疗效及皮质醇影响。方法:将60例符合标准的CFS患者随机分成治疗组(扶阳罐组)和对照组(推拿捏脊拔罐组),每组30例。治疗组用扶阳罐疗法,对照组用推拿捏脊拔罐疗法,每组隔日1次,共治疗15次。分别于治疗前后采用酶联免疫吸附(ELISA)检测血清皮质醇(CORT)的含量,评定CFS患者生活质量量表(SF-36)、疲劳评定量表(FAI)和兼症评分表评分。结果:治疗组完成29例,对照组完成28例,脱落3例。治疗组总有效率为93.10%(27/29),对照组总有效率为92.86%(26/28),两组患者临床疗效比较,差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后,两组患者FAI评分和兼症评分均较治疗前下降(P<0.01),但两组间比较,差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者SF-36评分、血清CORT含量均较治疗前升高(P<0.01),且治疗组高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。结论:扶阳罐疗法在改善CFS患者健康状况方面优于推拿捏脊拔罐法,其机制可能与提高CORT的含量有关。扶阳罐疗法操作简单、安全、无痛。

终端金刚石能带结构与物理性能的研究进展

5G通信、能源互联网、新能源汽车、量子技术等高精尖领域对半导体的性能提出了新的更高的要求。第四代半导体金刚石因具有优异的物理化学性能被誉为“终极半导体”,被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最理想的材料。而浅n型掺杂的技术瓶颈一定程度阻碍了金刚石半导体应用的发展。表面终端研究为金刚石功能化的发展提供了新的策略,金刚石通过表面终端实现了场效应晶体管、肖特基二极管、日盲紫外探测器、电子发射器件和近表面色心调控等重要应用,而表面终端发挥作用的机理与其能带结构特点密不可分。本文综述了几种常见终端的能带研究方法,分析其能带的结构特点,结合特点介绍其发挥作用的机理,并进行了总结和展望。

金刚石晶体能带计算与光谱分析

金刚石具有高热导率、宽光谱透过范围、大拉曼增益系数和大拉曼频移等优点,已成为拓展波长范围、获得高功率高光束质量新波长的重要拉曼介质。利用第一性原理对金刚石晶格参数、能带结构、态密度、声子谱等进行了计算,系统分析了结构特征、频谱、能带间隙及电子分布特性。在此基础上,考虑了金刚石的电子运动态以及电场方向对金刚石能带间隙的影响,发现金刚石在<100>晶向最易受电场影响,在<111>晶向最稳定。给出了金刚石晶体的全部本征振动模式和相应频率,分析结果表明泵浦光沿着<110>晶向入射、并沿着<111>晶向偏振时拉曼增益最大。同时讨论了光谱区域内多声子吸收机理,为金刚石拉曼激光效率提升以及波长拓展提供了理论依据。

一种量子级联激光器能带电子温度计算新方法

基于电子动能与温度的关系以及费米黄金定律,对速率方程进行了优化,使其能够计算电子温度,进而实现了更为精准的速率方程求解。与已有的动能平衡法比较,该方法对能带电子温度变化过程进行了详细的描述,故无需采用优化算法求解,所以可以避免因陷入局部最优解而带来的多次计算的收敛值一致性较差的问题。计算结果表明,该方法在选取不同的初始温度时,通过自洽求解,即可解出各能级电子温度,且均可获得一致性较好的收敛值。

外加电场和磁场对外尔半金属能带结构的调控

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型,研究了外加电场、外加磁场及同时外加电场和磁场对外尔半金属电子能带结构的调控作用.结果表明,仅在正向(负向)电场作用下,随着电场强度的不断增大,体系的外尔点逐渐向布里渊区边界(布里渊区中心)移动,当电场强度增大到一定程度时,可以实现半金属向半导体或绝缘体的转变;仅在外加磁场作用下,外尔半金属可以形成分立的朗道能级,n=0子带不随着磁长度的增加而变化,n=1和n=2子带随着磁长度的增加不断向费米能级靠近,且相同指标导带和价带间的能隙不断减小;在保持磁长度不变的条件下,体系的外尔点随着外加正向(负向)电场强度的增大逐渐向布里渊区边界(布里渊区中心)移动,在适当的外加电场作用下,n=0子带由部分占据的价带变为第一导带或完全占据的第一价带,实现半金属向半导体或绝缘体的转变.

Ge_(64-x)C_(x)合金的能带结构和光学性质的第一性原理计算

基于第一性原理密度泛函理论(DFT),广义梯度近似下的GGA+U方法,计算了Ge_(64-x)C_(x)(x=0~3)合金体系的能带结构和光学性质.计算结果显示,纯Ge的带隙宽度数值与实验值相符,为0.732 eV.在本文所研究的C浓度范围内Ge_(64-x)C_(x)(x=1~3)均转变成直接带隙,带隙随C原子的增加逐渐减小.光学性质的计算结果表明,C原子引入对所有的光学性质均产生影响,随着C浓度的增加Ge_(64-x)C_(x)合金的静态介电常数增大,在近红外区的吸收系数增大,且吸收光谱红移,对于Ge_(61)C_(3)吸收边延伸至中红外区.C原子掺杂使体系对光的利用率增强,Ge_(64-x)C_(x)合金的载流子寿命和光催化能力也随C浓度的变化而变化.Ge_(64-x)C_(x)合金有希望成为在近红外、中红外区域的光学材料.

压电分流阵列板复能带结构计算的ES-FEM方法

为了提高压电分流阵列板复能带结构的计算精度,构造一种基于Mindlin假设的边光滑有限元法(ES-FEM)数值模型。以单个原胞为研究对象,采用三角形单元对其进行离散。基于背景单元的各条边,进一步构造相应的光滑域,依托梯度光滑技术(GST)建立光滑应变场。最后通过建立离散系统方程并结合Bloch定理对复能带结构进行求解,并进一步探究电学参量对带隙的影响规律。研究结果表明:ES-FEM方法能够有效提高压电分流阵列板复能带结构的计算精度;电阻和电感等参数分别对局域共振带隙的衰减峰值和位置有显著影响,而对布拉格带隙则影响较小。

能带反折叠方法研究进展

基于密度泛函理论的第一性原理方法已经成为人们研究材料结构、性质以及进行新功能材料设计的重要手段。对于掺杂和界面体系,人们常常需要使用超胞来描述。超胞的使用导致能带折叠,从而掩盖能带结构的重要特征,为人们分析掺杂和界面效应对材料能带结构的影响带来困难。本文概述了超胞导致的能带折叠现象,重点介绍了基于平面波和原子轨道的能带反折叠方法、声子能带反折叠方法及相关计算工具,给出了该方法在掺杂和界面体系电子、声子能带结构方面应用的例子,并对该方法进行了展望。

基于从头算分子动力学的金属/氧化物-水界面能带排列

金属/氧化物的界面能带排列对于理解电化学界面有至关重要的作用。本文介绍了如何基于从头算分子动力学模拟得到金属/氧化物-水界面的能带排列。计算能带排列可与实验能带排列直接进行比较,以获得该电位下分子层面上的理解。金属界面的能带排列可与实验测定的零电荷电位对比,半导体氧化物界面的能带排列可与实验上零电荷点下测定的平带电势相比较。

二维蜂窝状光子晶体能带的数学模型与仿真研究

该文基于有限元方法研究新型的二维蜂窝状光子晶体的能带结构,并运用数值模拟方法进行不同材料和结构参数的蜂窝状光子晶体的设计。对于二维蜂窝状光子晶体,在三角晶格胞元上采用线性有限元离散结合COMSOL软件可以实现晶格的能带结构求解,数值结果表明数学模型和仿真算法的正确及有效性。在带隙最大化的优化问题研究中,基于数值模拟方法和线搜索,探究二维蜂窝状光子晶体的参数与带隙的关系,并应用新型材料构造宽带隙的新型二维蜂窝状光子晶体结构,为新材料的应用提供数值模拟方法和设计指导。