尺寸效应对MoS2/WSe2范德华异质结构层间与俄歇复合的界面调控

为探索界面工程对二维材料范德华异质结构中载流子复合率的影响,本工作基于界面键弛豫理论和费米黄金定则,建立了范德华异质结俄歇和层间复合率与各结构组元尺寸之间的理论模型。结果表明,MoS2/WSe2异质结的俄歇复合寿命随着组元尺寸的增大而增加,且异质结的俄歇复合率远小于相应的单组元体系。在MoS2/WSe2双层异质结中引入薄h-BN插层后,体系的层间复合率和俄歇复合率随h-BN厚度的增加而分别呈现减小和增大的趋势;在组元处于单层MoS2和WSe2情况下,当界面插层h-BN厚度达到9.1 nm时,俄歇复合率将趋于5.3 ns^-1。该研究结果为二维过渡金属硫族化合物基异质结光电器件的优化设计提供了一种理论依据。

块状和超薄磁性材料中巨大且可调控的面内自旋角位移

磁光克尔效应是指处于磁场中的光束在磁体表面发生反射时,反射光的偏振面相对入射光发生旋转的物理现象,它反映了磁化强度对磁性材料光学性质的影响.磁性介质的磁光克尔效应则由含磁光常数的介电张量表征,因此对磁光常数进行精确测量具有重要的科学意义.光子自旋霍尔效应表现为光束在折射率不同的介质界面上传输时由于自旋-轨道相互作用而产生的光子自旋分裂现象.过去大多数研究利用光子自旋霍尔效应的横向空间位移来表征磁光常数.然而,现有工作只考虑了单个磁场方向的磁光克尔效应,并且由于微小的自旋空间位移而需要引入复杂的弱测量技术.本文从理论上全面探究了3种磁光克尔效应条件下的面内自旋角位移,发现通过改变磁场方向和磁性材料的厚度(考虑块状和超薄)可以实现对光子自旋霍尔效应的有效操纵.同时,该研究提出了一种直接测量磁光常数的新方法,即通过直接观测巨大的面内自旋角位移来表征磁光常数的振幅与相位.该方法不需要引入弱测量系统,不仅为磁光常数的测量提供了直接有效的探针,并且扩展了自旋光子学的相关研究.

MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附性能的尺寸和温度效应

探索二维材料与其衬底之间的黏附性能对于二维材料的制备、转移以及器件性能的优化至关重要.本文基于原子键弛豫理论和连续介质力学方法,系统研究了尺寸和温度对MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附性能的影响.结果表明,由于表面效应引起的热膨胀系数、晶格应变和杨氏模量的变化,MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附能随MoS_(2)厚度的减小而增大,而热应变使MoS_(2)/SiO_(2)界面黏附能随温度的升高而逐渐降低.此外,预测了在不同尺寸和温度下MoS_(2)在SiO_(2)衬底上的“脱落”条件,系统阐述了MoS_(2)与SiO_(2)衬底之间黏附性能的物理机制,为基于二维材料电子器件的优化设计提供了理论基础.

Al2O3系纳米固溶体粉末晶格常数与成分关系的理论和实验研究

氧化物固溶体晶格常数的变化是影响材料制备和应用的一个重要因素，从理论上预测氧化物固溶体晶格常数的变化规律是材料学家常用的从理论上研究物性参数的方法之一。我们推导出立方相氧化铝系纳米固溶体晶格常数与组成固溶体的氧化物的成分的关系，并用于Al2O3—MgO、Al2O3—Y2O3和Al2O3-MgO-Y2O3系纳米固溶体晶格常数的计算，发现和用湿化学方法制备的立方相氧化铝系纳米固溶体晶格常数实测的结果基本一致，误差分别不大于3．35％、1．25％和1．22％。

化学气相沉积法制备Sn_2S_3一维纳米结构阵列

运用化学气相沉积法(CVD),直接以Sn和S为原料分区加热蒸发,通过控制温度分布、气压、载气流量和金属铅纳米颗粒分布等宏观实验条件,成功制备大面积Sn2S3一维纳米结构阵列.扫描电子显微镜(SEM)图片显示:Sn2S3一维纳米结构的横向尺度在100nm左右,长约几个微米.X射线衍射(XRD)谱显示:所制备样品的晶体结构属于正交晶系,沿[002]方向生长.紫外-可见漫反射谱表明Sn2S3一维纳米结构是带隙为2.0eV的直接带隙半导体.讨论了温度分布和金属铅纳米颗粒对Sn2S3一维纳米结构生长的影响,并指出其生长可能遵循气-固(V-S)生长机理.

P2P网络中基于信任的拓扑结构与搜索机制

针对目前大多数的资源搜索机制或者效率低下或者不能满足系统的可扩展性,提出了一种新的拓扑结构和资源搜索机制.它采用了信任链接来构建网络拓扑,在此基础上建立资源搜索机制.分析与仿真实验证明了该机制在资源搜索方面的高效性能.

囚禁单离子的量子阻尼运动

用包含偶极和四极虚势能项的非厄米哈密顿算符来描述Paul阱中囚禁阻尼单离子在静电场下的量子运动.通过导出和分析系统的精确解,得到在PT对称和不对称情形下的不同实能谱与稳定量子态,以及PT不对称情形的虚能谱和衰减量子态,同时给出相应于不同态的参数区域和存活概率.结果发现该非厄米系统外场参数能惟一确定量子稳定态并导致波函数形态变化,据此提出非相干操控相应量子跃迁的方法.让量子态衰减导致的离子位置期待值的衰减与经典阻尼谐振子的衰减一致,得到虚势能参数与经典阻尼参数的对应关系.所得结果将进一步丰富具有广泛应用背景的囚禁离子动力学.

一维carbyne链原子键性质应变调控的第一性原理研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一原理方法,系统研究了应变对一维carbyne(卡拜)链原子键性质的调控机理.结果表明,轴向压缩应变的增加将导致carbyne链中碳-碳单键和碳-碳三键之间的键长差值越来越小,最终变为零.通过分析能带结构和差分电荷密度,发现当压缩应变为16%时,carbyne链由半导体转变为金属.当应变为17%时,声子谱出现虚频.在可研究范围内,应变对carbyne链的热容量有增强作用.而且,carbyne链的刚度远大于石墨烯和碳纳米管.

基于提高精度的量子雷达方案及其进展

定位测量一直是人们关注的问题,将量子技术应用于定位任务有望展示出经典定位方案无法达到的优势。目前,已有部分量子雷达方案被提出,展示了科研工作者从量子信息角度对定位测量的新思考。本文总结了部分已有的量子雷达方案,介绍了相关方案的概念和分类,并着重对量子定位、量子照明和三维增强雷达三种方案的基本原理进行论述,同时分析了各方案的优势以及亟待解决的问题。

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。

棉杆生物质真空热解液化制备生物油的研究

以棉秆生物质为原料,通过自制的真空热解装置对其进行制取生物油的实验研究。考察了保温时间、热解温度以及升温速率等工艺参数对产物产率的影响,着重研究了生物油产率随工艺参数的变化规律。结果表明:保温时间为60 min、热解温度为550℃、升温速率为50℃/min的参数条件,对棉秆生物质真空热解制备生物油比较有利,生物油产率达43%以上。采用FT-IR、GC-MS技术对棉秆生物油进行分析,发现棉秆生物油是一种复杂的有机混合物,含有醛、酮、羧酸、酯、醇、苯酚类物质、呋喃类物质以及糖类化合物等,其中酚类物质相对含量为23.86%,呋喃类物质相对含量为10.97%。研究了固相副产物的吸附性能,其亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分别为84.04,420.00 mg/g,是制备活性炭的优良原材料。

真空化学活化杉木屑制备活性炭及产物分析

以益阳地区某木材加工厂的废弃生物质杉木屑为原料,对其进行真空化学活化。活性炭产物微孔结构发达,微孔体积占总孔体积的90.02%;根据IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)分类,其对氮气的吸附等温线属于典型的I型吸附等温线,可以使用Langmiur方程描述;吸附平衡常数为2.70 kPa-1;标准状态下的饱和吸附量为360.81 cm3.g-1。

锐钛矿型TiO_2溶胶的微波法制备及其光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,经微波处理制备出TiO2溶胶。利用XPS、XRD、TEM、UV-Vis等手段对溶胶进行了表征,并考察了其光催化性能。结果表明,经微波处理4h后,溶胶中TiO2为锐钛矿结构,粒径10nm左右;XPS分析表明溶胶中钛原子是以+4价的形态存在,O元素以O—H与O—Ti两种物相存在,C元素仅修饰在TiO2表面;该溶胶对甲基橙有较强的降解能力,当紫外光光照15min后,甲基橙脱色率达94.7%,经溶胶改性的氟碳涂层在紫外光照24h后,接触角由82°减小到13°,有望在自清洁涂料领域展现巨大的应用前景。

医用Ti基合金形成焓的改进Miedema模型计算

采用改进Miedema模型计算医用Ti基合金的形成焓。结果表明,在医用Ti基合金中掺入非过渡金属Al或Sn能显著降低医用Ti合金的形成焓。对于Ti-Zr系合金形成焓,弹性形成焓的贡献较化学形成焓贡献大。

硅纳米晶体薄膜热膨胀性质的分子动力学研究

基于Stillinger-Weber势对硅纳米晶体薄膜的热膨胀性质进行了分子动力学模拟.研究表明,硅纳米晶体薄膜表面层原子的二聚现象引起薄膜收缩,而原子之间的非和谐势能引起薄膜膨胀;在约400K以下的低温段,由于硅纳米晶体薄膜表面层原子发生二聚的原子数目随温度的升高而明显增多,而原子间非和谐势能很小,故此时二聚主导热膨胀性质,热膨胀系数为负;在高温段(约400K以上),由于发生二聚的原子数目随温度升高不再显著地增加并渐趋于稳定,而原子间非和谐势能逐渐显著并主导热膨胀性质,故热膨胀系数为正.

Zr、Ti、Hf、Nb对NiAl非晶合金形成的亚规则模型

将亚规则模型应用于Zr、Ti、Hf、Nb对NiAl合金的非晶形成能力的影响研究,发现Zr、Hf的影响要大于Ti、Nb,其原因在于Zr、Hf与Ni、Al的原子尺寸差异要大于Ti、Nb与Ni、Al间的原子尺寸差异。

Al-Fe-Ce三元系中金属间化合物的形成焓的计算

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合铝、铁和铈元素的单空位形成能、晶格常数、结合能和体积弹性模量等实验数据,建立了铝、铈和铁元素相应的嵌入原子相互作用势,合金中异类原子间的相互作用势的参数通过拟合已有的实验结果或第一原理计算结果得到。用该嵌入原子模型分别计算了由铝、铁和铈元素组成的所有二元系和三元系中具有不同晶体结构的有序合金化合物的形成焓,计算结果与已有的第一原理计算结果和实验结果符合得比较好。

Ta-TM(TM=Ti,Cr,Co,Ni)二元合金形成焓的亚规则模型

形成焓是描述合金形成能力和稳定性的重要参数。用亚规则模型对Ta-TM(TM=Ti,Cr,Co,Ni)二元合金的形成焓进行理论计算,目的是了解这四种Ta合金的热力学性质,预测其中间相的存在。结果显示亚规则模型对所研究的二元合金的形成焓结果能准确地描述和解释已有实验结果。这为制备和开发广泛应用于化学工业的耐腐蚀、航空航天工业的高温结构Ta合金材料提供了理论支撑。

基于原子间相互作用的低温硅单晶负热膨胀机制的研究

运用晶格热膨胀的微扰理论,推导了硅晶体的热膨胀系数与原子间两体作用和三体作用的三阶力常数之间的关系公式,在此基础上对热膨胀系数的实验数据进行拟合,计算了硅晶体内的原子间两体和三体的三阶力常数,发现三体作用的三阶力常数3 U3(r1,r2,θ)/r1(2)2θ为正数,是硅晶体在低温下具有负热膨胀性质的根本原因.计算与分析的结果表明,运用Stillinger-Weber模型得到的三阶力常数3 U3(r1,r2,θ)/r1(2)2θ为负数,据此不可能计算得到低温下的负热膨胀系数,因此应该对该模型进行修正.

由热学性质获取氩晶体原子间各阶力常数

本文基于晶格动力学和量子力学微扰理论推导了氩晶体的热膨胀系数和比热与原子间相互作用的各阶力常数之间的关系公式,在此基础上根据热膨胀系数和比热的数据计算了氩晶体内的原子间相互作用的各阶力常数,并根据这些力常数绘制了原子间相互作用势能曲线,经比对发现该势能曲线与Morse势能曲线能较好吻合,这表明,本文提出的从热膨胀系数和比热获取各阶力常数的方法是正确的.