配对赝能隙的观测与定量刻画

1956年,库珀发现在极低温下,自旋方向相反的费米子在吸引相互作用下会束缚在一起,形成著名的库珀对[1]。这一概念的提出为理解超导现象奠定了基础。1957年,巴丁、库珀和施里弗共同提出了BCS理论,解释了常规超导的机制[2]:在极低温下,电声子耦合提供了电子间的弱吸引相互作用,使其配对形成库珀对。由于库珀对是玻色子,它们在低温下又会发生玻色-爱因斯坦凝聚,从而产生超导能隙.

利用强磁场探究低掺杂铜基高温超导体中赝能隙区域的电子特性

高温超导材料及其机理的研究是凝聚态物理学的前沿领域。高温超导的机理至今仍是物理学界面临的一个重大科学挑战,并且被《Science》杂志在2005年和2021年两次列为全球125个最前沿的科学问题之一。在强磁场的作用下,高温超导电性会受到抑制,而对其电子特性的深入研究,例如量子振荡研究[1],为揭开高温超导机理的神秘面纱提供了一种有效的途径。

线缺陷对扶手型石墨烯纳米带能隙的调控

采用单轨道最近邻紧束缚模型,我们研究了线缺陷的位置、类型和强度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)能隙的调控.计算结果表明,对于带宽N为3n(n为整数)的半导体AGNRs,加一条位于Ni≠3m-1的两体线缺陷后(N_i为缺陷位置,m为整数),能隙关闭,纳米带呈金属性;而N=3n+1的半导体AGNRs关闭能隙的两体线缺陷位置为Ni≠3m-2.对于带宽N=3n+2的金属性AGNRs,可在Ni≠3m位置处加一条子格线缺陷打开能隙,使纳米带呈半导体性,同时在费米能附近出现一个波速为零的局域态;增加正常原子与缺陷原子之间的交叠积分,可使局域态消失,同时保持半导体性.利用格林函数方法,我们研究了一个两端口有限尺寸AGNRs的电子输运模型,计算了体系在有线缺陷时的透射系数和态密度,结果与能带谱计算结果相一致.

多层黑磷中厚度和应力依赖的能隙变化研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单层及多层黑磷晶体的能隙随层数和外加应力的变化.计算结果表明,体系能隙随着层数的增加而减小,当层数增加到10时,二维黑磷的能隙非常接近于其体材料值.层间的相互作用导致的能带劈裂是能隙减小的直接原因.应力对10层黑磷电子结构的影响也被研究.计算表明,压缩应力可以使10层黑磷从半导体转变为金属,而拉伸应力仅对能隙大小产生影响.

YBa_2Cu_3O_7和YBa_2Cu_3O_6能隙结构的计算

用电子密度泛函方法(DFT),系统计算了高温超导体YBa2Cu3O7单胞的能隙随温度变化(5K^300K)的规律。计算结果表明,其超导能隙值2?(T)在101meV量级;并在超导临界温度点(Tc=93K)附近,有超导能隙不为零的极小值;当温度超过Tc时,YBa2Cu3O7有赝能隙存在,且赝能隙随温度升高至T*=120K时,达到极大值;当温度超过T*时,赝能隙又有明显减小趋势。用DFT方法对YBa2Cu3O6单胞的能隙进行了计算,发现其能隙值是102meV量级,表明它具有半导体能级特征,因而是非超导体。

一种高精度CMOS能隙基准电压源

设计了一种采用0.6μmCMOS数字工艺的高精度能隙基准电压源。它具有结构简单、性能优异的特点,该电压源主要用于智能电源控制器,其温度系数可达15ppm/°C,输出电压变化率仅为18μV/V。

体心立方构型三层磁性体系的自旋波行为研究

为了解体心立方构型磁性薄膜的自旋波行为,在海森堡模型的框架下,构建具有4个子格体心结构的三层磁性系统,该系统内部符合亚铁磁构型。利用线性自旋波理论和推迟格林函数的方法求解系统的哈密顿量,通过谱定理计算得到自旋波谱。基于控制变量法,研究各物理参量对系统能隙和共振频率的影响。研究结果表明:层间各向异性对系统能隙和共振频率都存在相对较小的影响,而自旋量子数和交换耦合作用对系统中个别几条能隙和共振频率影响显著。研究结论为相关自旋电子器件的优化提供理论参考。

导电聚合物发光材料能隙和能带参数的确定方法

介绍了用循环伏安法确定导电聚合物能隙和能带参数的方法。并通过一些实例将这一测定结果与用紫外 可见吸收光谱法测定能隙之结果进行了比较。两种方法所得结果基本一致。其偏差在允许范围之内 ,均具有较高的准确性和可靠性。故认为可在相关研究工作中视具体需要灵活运用。

一种高电源抑制比CMOS能隙基准电压源

介绍了一个采用０．６μｍ数字ＣＭＯＳ工艺制作的能隙基准电压源电路，该电路具有小的硅片面积（０．０６ｍｍ２）、高电源抑制比和较低温度系数。在该电路应用于高精度电路的偏置系统时，还可增加改善输出偏置电流温度系数的电路。

锯齿型单壁碳纳米管能隙的第一性原理研究

本文采用基于广义梯度近似(GGA)的第一性原理方法,对锯齿型单壁碳纳米管(7,0)、(8,0)、(9,0)、(12,0)的能带结构和能隙进行理论计算.结果表明,各孤立管能隙值跟紧束缚(TB)近似所推出的结论有很大的出入,但跟实验观测结果比较接近.本文对引起这一差异的原因做了初步探讨.

1V电源的CMOS能隙电压基准源

采用SMIC0.35μmCMOS工艺实现了一种可以工作在1V电源电压下的CMOS能隙基准源.测试表明,该电路可以工作在1～2.5V电源电压下,输出的基准电压可以稳定在约0.446V.在从室温到100℃的范围内,温度系数不超过3.6×10-5/K.

窄能隙共轭聚合物:聚[(3-烷基)噻吩-2,5]-取代苯甲烯衍生物的合成与表征

合成了 3 -丁基噻吩和 3 -辛基噻吩 ,并分别与对硝基苯甲醛和对二甲氨基苯甲醛进行聚合反应得到了具有极低能隙的聚 ( 3 -丁基噻吩 )对硝基苯甲烯 ( PBTNBQ)、聚 ( 3 -丁基噻吩 )对二甲氨基苯甲烯( PBTDMABQ)和聚 ( 3 -辛基噻吩 )对二甲氨基苯甲烯 ( POTDMABQ) .采用红外光谱、核磁共振氢谱和紫外 -可见吸收光谱确认了产物的结构 ,发现中间产物聚 ( 3 -烷基 )噻吩取代苯甲烷衍生物中存在部分醌化产物 .根据 Eg 与入射光子能量 hν的关系 ,采用 2种模型计算了 3种聚合物薄膜的光学禁带宽度为 PBTNBQ1 .63 ,1 .84e V;PBTDMABQ1 .44,1 .75 e V和 POTDMABQ1 .3 2 ,1 .69e V,属窄能隙共轭聚合物 .

外磁场中单壁碳纳米管π电子能隙的理论计算

为了得到单壁碳纳米管在外磁场作用下的电子结构规律,从紧束缚模型出发,利用量子理论和固体理论计算了在外磁场作用下单壁碳纳米管(SWNTs)中π电子的能带表达式.在此基础上,利用SWNTs的周期性边界条件和晶体中的布洛赫定理,得到了扶手椅型SWNTs中π电子的能带表达式,进而推导了外磁场作用下能隙宽度的表达式,从而得知能隙是磁通量Φ的周期函数.由金属型SWNTs的判据m-n=3J(J=0,1,2,3,…)可知,扶手椅型SWNTs(m=n)均为金属型,但由于其在外磁场的作用下可能产生能隙,由此证明了扶手椅型SWNTs可以由金属型转变为半导体型的规律.

一种超低功耗能隙源设计及其电源噪声抑制分析

对一种超低功耗能隙源的电源噪声抑制进行了分析 .给出了简单而又有效的频域分析模型 ,并将其电源噪声抑制实测结果与频域分析模型理论结果及其 SPICE仿真结果进行比较 .在 Charted 0 .35μm CMOS工艺流片实现了这一结构的能隙源 ,实测最低工作电压为 1.3V,工作电流为 7.8μA,基准电压为 5 0 0 m V,温度系数为 4 0 ppm /℃ ,芯片面积为 0 .0 6 mm2 .最后提出了本结构能隙源提高电源噪声抑制的方法 .

一种高精度能隙基准电压电路

在分析了几种基准电压源的基础上 ,设计并实现了一种高精度用于高速串行通信接口的 CMOS能隙基准电压电路。电路采用了两级高增益运放的优化结构 ,基于 TSMC公司的 CMOS 0 .2 5μm混合信号模型的仿真结果表明电路输出电压在 -5 0～ 70°C的温度内波动范围为 0 .0 5 7%。芯片流片测试结果发现基准电压电路在输入电压为 2 .5 V的条件下 ,工作在 -5 0～ 70°C的温度范围内 ,输出电压变化范围为 1 .2 3 3 7～ 1 .2 3 5 6V,输出电压变化率为 0 .1 5 4% ,与仿真结果之间的平均偏差为 0 .0 1 6%。能隙基准电压电路的版图面积为 1 5 8μm× 1 64μm。

Fe掺杂TiO_2超细粉体的能带隙调控与光催化性能

采用简单的低温固相反应法合成了铁掺杂二氧化钛超细粉体(Fe-Ti O_2),并用XRD、UV-Vis、SEM/EDS、N_2吸附-脱附等手段对材料进行了表征,探讨了投料比与模板剂对材料能隙宽度的影响,研究了材料微结构及其参数与光催化降解吡啶之间存在的内在联系。结果表明,Fe^(3+)进入锐钛矿Ti O_2晶格是以同晶取代方式主要从c-轴进入,使c轴投影方向Fe密度增加;不同模板剂和投料比对Fe-Ti O_2的能隙宽度都具有调控作用,但模板剂的调控作用相对明显;Fe-Ti O_2材料的晶格失配率与光催化性能呈正相关性。以CTAB为模板剂、不同投料比下Fe-Ti O2粉体对吡啶的可见光降解率(k)依次为:k_(Fe-Ti O_2(nFe/nTi=5∶10))(98.27%)>k_(Fe-Ti O_2(nFe/nTi=3∶10))(89.63%)>k_(Fe-Ti O_2(nFe/nTi=2∶10))(83.68%)>k_(Fe-Ti O_2(n_(Fe)/n_(Ti)=1∶10))(78.08%)>k_(Ti O_2)(10.13%);在确定投料比n_(Fe)/n_(Ti)=1∶10、不同模板剂下,Fe-Ti O_2粉体对吡啶的可见光降解率(k)为:k_(SDS)(94.24%)>k_(CTAB)(78.08%)>k_(SDBS)(70.15%)>k_(DHSB()64.58%)。吡啶的可见光降解效率主要依赖于Fe-Ti O_2粉体表面光生载流子本身的能量而不是比表面积、能隙宽度的大小。

高效硫硒化锑薄膜太阳电池中的渐变能隙结构

硫硒化锑(Sb_(2)(S,Se)_(3))薄膜太阳电池因其原材料丰富、制备方法简单、性能稳定等优势近年来得到了快速发展.本文基于Sb_(2)(S,Se)_(3)吸光层能隙可调的特点,应用wx-AMPS软件对具有渐变能隙Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池进行建模仿真和结构设计,并与50%Se含量的恒定能隙Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池进行了对比分析.结果显示,递减能隙结构所形成的附加电场能够促进空穴的输运,抑制载流子的复合,相比与恒定能隙Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池可以得到更高的短路电流密度和填充因子,使光电转换效率由12.03%提升至14.42%.此外,递减能隙结构通过抑制载流子的复合,有效地缓解Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池因厚度厚或者缺陷态高所引起的性能下降.在厚度为1.5μm,缺陷态密度在1016 cm^(–3)时.采用递减能隙Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池的效率比恒定能隙Sb_(2)(S,Se)_(3)太阳电池高6.34%.研究结果表明通过吸光层的能隙结构设计能够发挥Sb_(2)(S,Se)_(3)等多元合金或化合物的能隙可调的优势,是提高太阳电池器件性能的有效技术路线之一.

窄能隙共轭聚合物——聚[吡咯-2,5-二(二茂铁甲烯)]的合成与表征

通过吡咯与二茂铁甲醛的缩合反应合成了含茂类金属的共轭高分子——聚 [吡咯 - 2 ,5 -二 (二茂铁甲烯 ) ](PPDFc E)及其前聚物聚 [吡咯 - 2 ,5 -二 (二茂铁甲烷 ) ](PPDFc A)。通过红外、核磁、紫外、元素分析鉴定了产物及其前聚物的结构。利用 DSC、TGA及 TGA- IR测试分析了所合成聚合物的热学性质。紫外光谱表明 PPDFc E的能隙为 1.13e V,属窄能隙共轭聚合物。经碘掺杂后产物的电导率在 10 -7S/ cm,而掺杂 TCNQ的产物的导电率达到了 10 -2 S/ cm。

YBa2Cu3O7能隙及低温电子比热容的第一性原理计算

用电子密度泛函方法(DFT)对YBa2Cu3O7晶胞39个原子模型系统计算了其能隙随温度的变化规律,并在能隙计算基础上,应用电子比热的双极化和热激发的极化子模型计算了电子比热及其系数随温度的变化关系。计算结果表明:超导能隙在超导临界温度点93K附近有不为零的极小值;能隙曲线中的几个转折温度点依次分别与Tc,T*和T0相对应;在Tc^T*温度范围,超导态消失,但有反铁磁自旋相干引起的自旋能隙的存在;在T*~T0温度范围,有周期性条纹相产生的电子密度波引起的能隙的存在;在T=T0,电子比热系数发生了从增大到减小的转折变化。

团簇FePS_(3)的极化率及催化性质研究

为探究团簇FePS_(3)各优化构型内部电子在受外电场影响时的变化情况及其催化性质,运用密度泛函理论的B3LYP杂化泛函方法,并使用def2-tzvp基组对设计出的几何构型进行全参数优化和频率计算,共得到在二、四重态下的12种优化构型.从各构型的极化率、能隙差、态密度图、HOMO和LUMO轨道图以及反应活性参数分析发现:构型1^((2))的极化率和极化率各向异性不变量均最大,易受外电场影响且容易发生形变.构型4^((4))和2^((2))对外电场响应能力较弱且结构最紧凑,不易发生形变.构型6^((2))的能隙差最小,电子跃迁最容易,并且该构型的第1电离能相对较小,电子亲和能、电负性和亲电指数均相对较大,催化活性最强.分析比较态密度图和HOMO、LUMO轨道图发现:团簇FePS_(3)的失电子能力强于其得电子能力,且S原子对团簇HOMO轨道和LUMO轨道的贡献大于P、Fe原子,这表明团簇FePS_(3)的催化活性主要由S原子贡献,但是P、Fe原子的贡献作用亦不可忽视.