应用同步辐射光源的表面物理研究—现状与展望

本文综述了应用同步辐射光源的几种主要表面物理研究技术。内容包括:同步辐射光电子能谱(SRPES)、表面广延X射线吸收边精细结构(SEXAFS)、光电子衍射(PED)和掠角入射X射线衍射(GIXD)等。对每种技术的原理、应用实例和最新进展都作了较详细的介绍。

μSR实验进展与缪子源发展趋势

缪子自旋弛豫/旋转技术(muon spin relaxation/rotation,μSR)是一种高度灵敏的原子尺度磁性探测手段.随着μSR技术的不断发展,其在凝聚态物理研究中愈加重要.本文简要介绍μSR技术的优越性和独特性,概述近期μSR技术在凝聚态领域的几项重要进展和挑战,包括镍基超导体La_(3)Ni_(2)O_(7)和(R,Sr)NiO_(2)的磁性基态研究、笼目晶格超导体AV_(3)Sb_(5) (A=K,Rb)的电荷密度波研究、NaYbSe_(2)量子自旋液体“海洋”中沉浸的自旋“磁滴”和Cr_(2)O_(3)磁电表面附近磁单极子的研究,并简单阐述了国际上缪子源的建设情况和升级进展.

受激拉曼显微技术及其在免染色组织病理学的应用

近年来,许多基于光与物质相互作用的无标记光学成像方法被逐渐开发并在越来越多的领域发挥着重要作用。受激拉曼显微镜作为一种无标记振动成像工具,具有对组织学诊断最相关的主要生物分子的高分辨率化学特异性成像优势。在本文中,我们主要关注受激拉曼显微镜的技术发展和它在无染色和无切片快速组织成像中应用。在介绍光学原理和技术细节后,展示受激拉曼组织学在各种类型人类疾病中的应用。进一步结合深度学习算法,总结了对新鲜手术组织、胃镜活检和穿刺活检的案例研究,以展示人工智能辅助受激拉曼组织学在各种应用场景中的潜力。

狭义相对论中量子泊松括号的变换及其物理意义

将泊松括号从分析力学过渡到量子力学,其物理意义是很深刻的;进一步变换到狭义相对论四维时空中,其四维的量子力学泊松括号所具有的对称性和洛伦兹不变性是非常有趣的,由此给出时空光锥上四维量子力学矢量的非对易泊松括号,推导出新的物理创意和结果,探索物理量之间新的量子非对易关系。以此将量子力学与狭义相对论力学结合起来,思考近代物理中的对称性与守恒量问题,并通过非对易关系沟通物质与时空的物理图像及其联系,这些创新性工作在物理层面上具有重要的意义。

用于物理研究的分子束外延模拟实验装置

本文报道了一台用于物理研究的分子束外延模拟实验装置的设计和调试。这一模拟实验装置和商业化的大型测试仪器相连接,允许在不破坏超高真空状态时测试用分子束外延方法制备的样品,提供了开展应用研究和在线检测的手段。

平均键能模型的物理基础及该模型的应用

平均键能模型是一种建立在数值基础上的用来确定半导体异质界面能带偏移的模型方法。本文首先对这一模型方法的物理基础进行了理论分析,并给予其完整的物理解释。通过与TB“pinned”模型、介电隙能级(DME)模型以及电中性点(CNP)模型的比较,揭示了各模型之间的相互关系,并分析了平均键能模型的优点及其局限性。在此基础上,本文应用这一模型方法对二十七种异质界面的价带偏移值进行了全面的计算,并对结果进行了广泛的分析和比较。结果表明:(1)阳离子浅d轨道是影响价带偏移理论值的一个重要因素;(2)界面偶极子势是决定异质界面价带偏移值的一个关键要素;(3)在与实验的比较上,平均键能模型的准确性优于几种其它的模型方法;(4)平均键能模型不适用于不具有sp^3杂化特性的材料系统。

同步辐射X射线掠入射衍射实验技术及应用

利用北京同步辐射装置漫散射实验站的五圆衍射仪，建立了掠入射X射线衍射实验方法。对Si表面生长的Ge/Si量子点及其在Si表层产生的应变进行了成功测量，表明此方法可以有效地提取表面层的微弱信号。实验结果表明，Ge/Si量子点的形成除了在Si衬底表层形成了晶格具有横向膨胀应变的区域之外，还在Si衬底中形成了具有横向压缩应变的区域。

动态热风辅助再结晶策略改善CsPbI_(2)Br钙钛矿在大气环境下的结晶及其光电性能

CsPbI_(2)Br薄膜在大气环境下制备存在覆盖率低、结晶质量差和结构稳定性差等问题.本文提出了一种动态热风辅助再结晶策略(dynamic hot-air assisted recrystallization,DHR),在相对湿度大于60%(>60%RH)的大气环境下,制备出高覆盖率、(100)择优取向、大尺寸晶粒、结构稳定、光电性能好的CsPbI_(2)Br薄膜.这是由于动态热风过程能够有效提高薄膜的覆盖率和获得(100)择优取向的结晶,但晶粒尺寸会显著减小(R_(ave)=0.32μm)并伴随着大量的晶界形成,从而加剧载流子的非辐射复合(τ_(ave)=99 ns);而通过再结晶过程,可进一步提高(100)择优取向的结晶和显著增大晶粒尺寸(R_(ave)=2.63μm),从而提高薄膜的光致发光强度和荧光寿命(τ_(ave)=118 ns).由DHR策略制备的未封装CsPbI_(2)Br太阳能电池具备高光电转换效率(power conversion efficiency,PCE=17.55%)、低迟滞因子(hysteresis index,HI=2.34%)和长期的储存稳定性(air,>60%RH,40天,初始PCE的96%)等特性.

同步辐射光电子能谱对ITO表面的研究

首次利用同步辐射光电子能谱（ＳＲＰＥＳ）研究了铟锡氧化物（ＩＴＯ）薄膜表面的化学状态．发现ＩＴＯ表面的铟和锡分别具有多种价态．对比真空退火前后ＩＴＯ样品的电阻率与透射率，结合对ＩＴＯ导电机理的分析讨论。

MBE脱氧条件与InGaAs/InP APD性能的相关性

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延(MBE)技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As薄膜和APD结构材料。实验结果表明,As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势,可获得陡直明锐的异质结界面,降低载流子浓度,提高霍尔迁移率,延长少子寿命,并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此,As脱氧可以有效提高MBE材料的质量,这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

ECR等离子体对单晶硅的低温大面积表面处理

利用电子回旋共振 ( ECR)微波放电等离子体对单晶硅表面进行了低温大面积氮化和氧化处理的探索 ,在低于 80℃的温度下得到了均匀的厚度约为 7nm氮化硅和二氧化硅薄层 .结合等离子体光学诊断和成分探测 ,分析讨论了 ECR等离子处理机理 .结果表明 ,利用这种方法可以在低温条件下在硅表面获得均匀的大面积氮化硅和二氧化硅表层 .

纳秒脉冲激光制备黑硅及其光学性能的研究

利用纳秒脉冲激光器在常温常压室内环境下扫描刻蚀单晶硅片,通过改变扫描方式和扫描的线间距制备了各种不同结构的黑硅样品,重点研究了扫描方式、扫描间隔、高温吹氧退火时间等对黑硅光致发光(PL)特性的影响,以及不同参量制备的硅表面微结构对光吸收率的影响。利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜、拉曼和荧光光谱仪、吸收光谱仪等对制备的黑硅样品形貌、光吸收和PL发光特性进行了检测与表征,获得了吸收率高于90%且具有良好发光性能的黑硅结构样品。研究发现,采用线性扫描方式制备的黑硅样品的PL光谱主要分布在红光波段,而采用正交扫描方式制备的黑硅样品的PL光谱中在近红外900 nm附近有稳定的发光峰;此外,在黑硅样品中还观察到630 nm附近的电子局域态发光,并通过建立对应的物理模型解释了其发光机理。

Co在Si(100)表面化学吸附的电子结构和性质

用紧束缚下的Muffin tin轨道线性组合方法研究了单层Co原子在理想的Si(10 0 )表面的化学吸附 .计算了Co原子在不同位置时吸附体系的能量 .结果表明 ,Co原子在C位 (四度位 )时吸附最稳定 ,在Co/Si(10 0 )界面存在Co、Si混合层 .同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究 .

聚对二甲苯薄膜的制备及其在有机电致发光二极管中的应用研究

使用自制的分子束源制备了聚对二甲苯(Parylene-N,PPXN)薄膜。通过对该分子束源的设计和不断优化,PPXN薄膜可以在室温、10-3 Pa的较低反应压强下以0.01nm/s^0.02nm/s的速率沉积聚合。用红外透射光谱和原子力显微镜测量了PPXN薄膜的成分和表面形貌。结果表明,所制备的薄膜成分为PPXN,薄膜呈波浪状、无尖刺的表面形貌。准确控制的PPXN薄膜在有机电致发光二极管中用作缓冲层,对载流子的注入和传输进行调控,有效地改善了器件内部的载流子平衡。最优化结构的器件较未插入PPXN缓冲层的器件,电流效率提高80%以上。

S_2Cl_2钝化的GaAs表面的同步辐射光电子能谱研究

前已发现，将ＧａＡｓ（１００）晶片浸入Ｓ２Ｃｌ２或Ｓ２Ｃｌ２＋ＣＣｌ４溶液是实现ＧａＡｓ表面钝化的一种有效途径．用同步辐射光电子能谱研究这种表面能直接测量Ｓ２ｐ芯能级谱，从而揭示，在浸泡后的表面存在多种形态的含硫化合物．ＡｓｘＳｙ是其中的主要成分，但轻度退火就能去除．随着退火过程中Ｓ原子从Ａｓ－Ｓ转移到Ｇａ－Ｓ，Ｇａ３ｄ谱中始终出现两个与Ｇａ－Ｓ相关的分量。

新型四元硫族化合物光伏特性的高通量筛选和第一性原理研究

本工作提出了一种对Cu_(2)ZnSnS_(4)中Zn元素异价取代策略,探讨了新型四元硫族化合物A_(2)M_(2)M'Q_(4)(A=Na,K,Rb,Cs,In,Tl;M=Cu,Ag,Au;M'=Ti,Zr,Hf,Ge,Sn;Q=S,Se,Te)作为新型太阳能电池吸收层材料的应用潜力.利用第一性原理高通量计算,评估了1350种A_(2)M_(2)M'Q_(4)化合物热力学稳定性、带隙、光谱极限最大效率和声子色散谱等特性.结果表明,有10种热力学和动力学稳定的候选材料,它们表现出合适的带隙,并展现出高的光吸收性能,光谱极限最大效率的理论值均超过30%.它们的电子结构和光学性质类似于Cu_(2)ZnSnS_(4),有望应用于高效单结薄膜太阳能电池.本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00006中访问获取.

变换热学：热超构材料及其应用

热输运是自然界中最普遍的现象之一,如何高效操控热流在工业等领域有着巨大的应用价值.尽管主导热传导过程的扩散方程与波动方程迥异,但是,自2008年和2012年起,已有研究人员成功地将变换理论推广到宏观热传导领域.自此之后,多种具有特异性质的新型热材料在变换热学的理论框架下被设计出来,并同时获得实验验证.本文介绍该领域的研究进展,并同时介绍在热超构材料实验中软物质材料所起的关键作用.

半导体异质结界面能带排列的实验研究

本文综述半导体异质结界面能带排列的实验研究情况。介绍了九种目前已成功用于这方面研究的实验方法,这包括C—V测试、光致发光谱测量和光电子能谱测量,并讨论了Al_xGa_(-x)As/GaAs、InAs/GaSb、Ge/Si和Ge/GaAs等几种典型系统的一些研究结果。

用STM研究HF,O_2和H_2O混合气体对Si(100)表面的作用

用STM观测了Si（100）表面被氧气流携带的HF和H2O处理后的表面原子结构．实验在大气环境和室温条件下进行，所得STM拓扑图具有清晰的原子级的分辨率．结果表明处理后的表面结构随时间发生变化．刚处理后的表面不显示有序的结构特征，但在大气中存放15分钟后，硅片表面开始逐渐呈现出清晰的Si（100）2×1结构，随后再逐渐转变为1×1结构．这可能是混合气体与Si表面作用，能更有效地清除表面残余的沾污物和氧化层，暴露清洁的硅2×1再构表面，进一步由于吸附H，使表面悬挂键被氢原子占据，转变为1×1结构．有序结构可维持3小时，因此用所述混合气体处理硅片是更有效清洁和钝化硅表面的一种方法．

同步辐射X射线反射技术及其在测量δ掺杂晶体中原子表层深度分布的应用

X射线低角反射实验技术是测定固体材料表层中杂质原子深度分布的有效手段.利用同步辐射X射线反射技术和近年来发展的由反射实验数据逆向求解原子深度分布的分层逼近法,研究了不同温度下分子束外延生长的δ掺杂(Sb)Si晶体样品,成功地测量了样品中几个纳米范围内的Sb原子深度分布.所得结果表明,300℃以下是用分子束外延方法在Si晶体中生长Sb原子δ掺杂结构的合适温度.