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关键词： 二硫化钼   第一性原理方法   双轴应力   磁矩   磁各向异性  

摘要： 二维单原子层量子薄膜因为其优异的性质及其在自旋电子学器件中的潜在应用前景受到人们的广泛关注。单层二硫化钼由于其独特的物理结构和性质使得其成为未来纳米器件中的优选材料。单层的二硫化钼是具有1.9eV的直接带隙半导体,这使得它可以在常温下被成功制备成场效应晶体管。为了满足自旋电子学发展对特殊性能纳米材料的需求,我们需要对二维材料的电子结构和磁性进行调制,其中一种很有效的调制方法就是替代掺杂过渡金属元素。在自旋电子学中,磁各向异性(magnetic anisotropy energy,MAE)是最重要的一个性质。很多研究结果都证实对称性的减少和维度的减少可以产生相当可观的磁各向异性,大的磁各向异性有利于调制自旋输运和高密度的磁性存储。因此,本文采用第一性原理方法,系统研究和分析了应力对3d过渡金属替代掺杂单层二硫化钼的电子结构,磁性性质和磁各向异性的影响,我们取得了以下主要研究成果:我们系统研究了3d过渡金属掺杂的单层二硫化钼在不同应力下电子结构和磁性的变化。通过态密度、能带结构、自旋电荷密度等手段分析了双轴应力对过渡金属掺杂二硫化钼电子结构和磁性影响的原因。结果发现随着双轴应力的加大,铁掺杂二硫化钼系统的磁性会发生一个突变,而Cr和Mn掺杂系统的磁性不受应力影响。当应力从s=0%增加到s=4%时,Fe掺杂系统的磁矩由2μB增加到4μB,实现了从低自旋到高自旋的转变,形成了一个很好的自旋开关。随后随着应力的增大系统的磁矩保持不变。同时,铁和周围三个钼原子之间的耦合形态也发生了明显的变化。另外,我们系统分析了不同应力下系统的能带结构图,我们发现了一系列有趣的电子结构:在s=0%时,铁掺杂的二硫化钼系统是自旋极化半导体;s=3%,s=4%及s=6时,铁掺杂的二硫化钼系统分别是双极磁性半导体(BMS)、半半导体(HSM)及自旋无极化半导体(SGS)。这些结果都显示出基于二硫化钼的过渡金属掺杂在自旋电子学器件中良好的应用前景。由于维度的减少和对称性的打破,Fe-MoS2体系的磁各向异性也显示出其独特的特点。我们在上述工作的基础上,采用加自旋轨道耦合(SOC)的方法计算并详细分析应力对过渡金属铁掺杂单层二硫化钼的磁各向异性的影响。结果发现,应力能够在改变铁掺杂二硫化钼系统的磁矩的同时也改变了其磁各向异性的大小和易磁化轴的方向。应力作用使得易磁化轴的方向由垂直方向变成了水平方向,而且这个方向的转变和磁态的转变是一致的,都是在应力s=3%时候发生的。

关键词： 全息   张量场   黑洞   磁矩   强关联   空间分量   铁磁相变   对偶模型   交换相互作用   磁有序  

摘要： 磁性材料所表现出的磁力以及宏观的磁现象,在人类社会当中有着悠久的应用史。然而磁性材料中磁性的起源却是在最近一百年、伴随着量子力学的诞生以及关于材料的量子理论的建立和完善而逐步被人们所了解。在1928年第一个描述自发磁化的量子模型由德国物理学家海森伯首先提出后,各种基于交换相互作用描述自发磁有序的模型相继被提出。这些模型的共同特点是假设每个电子只与少量的电子发生关

关键词： 泡利不相容原理   克罗   玻尔   爱因斯坦   不相容原理   宇称不守恒   物理学家   电子自旋假设   宇称守恒   P不变性   尼格  

摘要： 一、引言几年前,在翻译美国物理学家温伯格(Steven Weinberg)的《爱因斯坦的错误》和撰写《玻尔的错误》(发表于本刊2013年第5期)时,我就萌生过一个念头,那就是继《爱因斯坦的错误》和《玻尔的错误》之后,若还有哪位现代物理学家的错误值得一写的话,就得说是泡利了。这也正是本文的主题——泡利的错误——之缘起。在《玻尔的错误》中我曾写道:玻尔的错误虽然远不如爱因斯坦的错误那样出名,甚至可以说是冷

关键词： 纳米金刚石薄膜   微结构   pn结   器件制备   电学性能  

摘要： 纳米金刚石（NCD）薄膜因其优异的性能,在力学、电学、电化学等领域具有广阔的应用前景。金刚石禁带宽度达5.47 eV,可应用于高温等极端环境,是目前主流半导体材料所不具备的。在半导体器件中,pn结是最基本的结构。本课题的目的是利用化学气相沉积（HFCVD）法制备具有高整流率、高击穿电压、低漏电流的纳米金刚石薄膜pn结原型器件。本文系统研究了退火时间对NCD薄膜微结构和力学性能的影响,获得了NCD薄膜在低压条件下的热氧化行为;采用CVD法制备双层NCD薄膜以期获得pn结原型器件,研究了CVD等工艺参数对器件微结构和表面形貌的影响;在p型单晶硅衬底上制备n型纳米金刚石薄膜,获得了多种构型的纳米金刚石薄膜pn结,获得了具有高击穿电压的原型器件。采用HFCVD法制备NCD薄膜,在1000°C、4000 Pa的条件下进行不同时间的退火处理。退火初期,薄膜发生了选择性热氧化行为,即在薄膜团簇凹陷的形貌附近,晶界中的非晶碳优先被氧化,随着退火时间的增加,金刚石晶粒也开始被氧化。退火后,杨氏模量下降了13-17%,硬度下降了37-44%,而退火时间的变化对薄膜的机械性能的影响很小,在5%以内。这是由于NCD薄膜在退火过程中生成厚度约为30 nm的氧化层,随着退火时间的增加,氧化层向薄膜内发展但薄膜厚度保持稳定,达到氧化和氧化物分解之间的平衡。采用HFCVD法,制备双层纳米金刚石薄膜。结果表明,在HFCVD设备中,不论是以硅还是以NCD薄膜为衬底生长NCD薄膜,沉积速率接近约为3.1μm/h,但是在硅衬底上生长的薄膜晶粒尺寸较大,以NCD薄膜为衬底生长得到的薄膜晶粒尺寸较小。制备双层结构的NCD薄膜时,若在第一层薄膜上遮盖石墨掩膜,则在第一层薄膜上会有较多的石墨相。在阶梯附近,由于结构起伏导致气流的不稳定,生成的薄膜粗糙度较大,且有较多的孔隙。利用HFCVD设备在p型硅衬底上先后沉积不同类型的纳米金刚石薄膜,制得不同构型的纳米金刚石薄膜pn结。实验证明由双层NCD薄膜构成的同质结构难以形成空间电荷场,这是由于NCD薄膜中的晶界结构中含有较多的石墨,形成较好的导电通道,使得p型NCD薄膜与n型NCD薄膜直接导通,不易形成pn结。我们在p型硅衬底上先制备NCD薄膜,然后进行磷离子注入,制得磷离子注入（P+-implanted）NCD薄膜,获得了结构为p-Si/n-NCD的纳米金刚石薄膜pn结原型器件,在此异质结上成功实现整流特性。室温下,±60 V处的整流率为10～2,反向电流为10-3 A,击穿电压超过100 V。此异质结构纳米金刚石薄膜pn结的成功制备,将进一步推进NCD薄膜在电学领域的应用。

关键词： 铈硅团簇   密度泛函   基态结构   解离能   磁矩  

摘要： 团簇作为物理,化学,材料的一门交叉学科,现在已经成为热门的研究领域,硅作为一种良好的半导体材料,其团簇的研究必然受到学者们的广泛关注。铈作为稀土金属中最为典型的一种轻稀土金属,其与纯硅团簇的掺杂,在一定程度上很大的改变了其结构与性质。本论文旨在结合前人的研究基础上,运用密度泛函理论研究中的B3LYP方法结合冻结外层28个电子的小核赝势ECP28MWB基组,考虑不同电子多重度和不同初始构型的基础上,系统的对稀土金属铈掺杂硅团簇Ce Sin(0,-1)(n=1～10)经行了研究,获取他们的基态结构,计算基态结构的平均结合能,二阶能量差分,解离能分析其稳定性,并计算基态团簇的电子亲和能,自然电荷分布,磁矩等一系列性质。在B3LYP/ECP28MWB水平上,计算出的其基态构型,分别为:中性分子,C∞v(5Π)、C2v(3B1)、C2v(3B1)、Cs(3A′)、Cs(3A′′)、Cs(3A′)、C1(3A)、C2v(3B1)、Cs(3A′)、C1(3A);阴离子,C∞v(2Π)、C2v(2A2)、C1(4A)、Cs(2A′′)、Cs(2A′′)、Cs(2A′)、Cs(2A)、C1(2A)、C2v(2B1)、C1(2A),并分析铈硅团簇的生长规律。在获得的基态的基础上,计算其平均结合能,二阶能量差分,解离能来分析铈硅团簇的稳定性。结果表明,掺杂Ce原子后,提高了铈硅团簇的稳定性,且Ce Si2,Ce Si5和Ce Si8团簇的稳定性较其他基态要更好。此外,还计算了Ce Sin(n=1～10)团簇的绝热电子亲和能,分别为:0.81e V(Ce Si1),0.48e V(Ce Si2),1.23e V(Ce Si3),1.39e V(Ce Si4),1.74e V(Ce Si5),1.89e V(Ce Si6),2.28e V(Ce Si7),2.20e V(Ce Si8),2.64e V(Ce Si9),2.36e V(Ce Si10)。最后,用自然布局分析(NPA)方法计算了中性分子,阴离子团簇的基态结构中原子的电荷和偶极矩,以及中性分子团簇的磁矩等性质。结果表明:除Ce Si-之外,电荷始终是从Ce迁移到Sin团簇的,Ce原子扮演了电子供体的角色。对于计算的偶极矩,偶极矩最大为12.22D(Ce Si9-),偶极矩较小的为4.13D(Ce Si),4.68D(Ce Si-)。对于计算的中性分子基态Ce Sin团簇的磁矩,除了Ce Si的总磁矩为4μB之外,其它团簇的总磁矩均为2μB;从Ce原子的局域磁矩可知,Ce Sin团簇的总磁矩主要是由掺杂的Ce原子所提供。这也说明,掺杂Ce原子是使无磁性的纯Sin团簇在掺杂后的Ce Sin团簇产生了磁性的一个诱因。

关键词： 低温液相外延(LPE)   Al-Si熔体   硅   太阳电池   pn结  

摘要： 晶体硅太阳电池是现代光伏电力的主要支撑,其中以p型硅为衬底的p型太阳电池因其传统材料与工艺优势占绝对主导地位。然而近年来n型晶体硅太阳电池因其固有突出优势而逐受重视,成为未来晶硅太阳电池技术的发展方向。n型晶硅太阳电池的技术障碍之一是p型掺杂制结困难。从Al-Si熔体向n型硅晶体衬底表面外延生长Al掺杂的硅晶层是一个有潜在发展前景的低成本解决方案。该方法的原理实际已成功应用于p型太阳电池丝网印刷铝浆烧结制备Al背场,但用于制备pn结则还存在连续均匀性问题,而且铝浆成本相对熔体生长需要的铝锭也要高得多。为此我们开展了Al-Si合金熔体中(001)n型单晶硅衬底上低温液相外延生长p型掺杂硅实验研究,研究集中于(001)外延的原因是单晶硅太阳电池所用均为(001)硅片。我们设计制作了垂直升降浸渍法液相外延生长装置,生长体系内部用流动高纯氩保护。用垂直浸渍法进行了过冷恒温生长与连续降温生长两种模式的低温液相外延生长实验,所考察的生长条件包括衬底表面状态、熔体成分(决定液-固平衡温度)、过冷度、生长时间或降温幅度、以及衬底预热温度等,对所得外延生长晶体进行了结构和形貌显微分析,测定了所形成的pn结开路电压,并运用计算模拟方法分析了影响pn结开路电压的因素。研究取得了以下主要结果。在Al-Si熔体中能够实现硅晶体(001)液相外延生长,但在各种衬底表面状态下过冷恒温外延生长时都呈离散的岛状生长形态,岛的形状为以四个{111}面为表面的金字塔型或屋顶型,显示它是生长中表面能最小化选择结果。这种形态只有在这些岛生长到相互密切接触时才合乎pn结的基本连续性要求,因此较高和均匀的形核密度应是工艺优化的方向。实验中各衬底表面状态所能影响的是岛的疏密和大小,较平整光滑的衬底表面有利于外延形核密度的提高及形核均匀化,衬底表面涂覆铝助焊剂可促进外延形核;熔体硅含量提升、过冷度减小和硅衬底预热温度提高有利于均匀密布岛状生长的发生;随外延生长时间延长,后期金字塔外形开始逐渐平滑化。连续降温生长方式下,可以实现衬底在略高于液-固平衡温度下回熔处理后再原位连续降温外延生长的方案。回熔处理实验显示它可以获得平滑清洁的表面。回熔处理后的原位连续降温生长在初期可以获得连续外延薄膜层,之后在其表面出现岛状形核生长,与Stranski-Krastanov生长模式相合。连续降温生长所形成的pn结的开路电压比恒温生长的有大幅度提高,而且在初期就形成了质量较高的连续均匀外延层,后续岛状形核生长反而使开路电压明显降低。提高降温生长速率会使所得pn开路电压降低,但该影响并不十分敏感。计算模拟结果显示,本研究中采用回熔处理后原位连续降温生长方法进行低温液相外延所得pn结的开路电压平均值为524mV,最高达529mV,已颇为接近理论计算值(538 mV);计算模拟还显示,只要p型外延层厚度小于10μm,则外延层材料少子寿命只要大于1μs就能保证pn结开路电压处于高水平范围,因此低温液相外延制结的n型晶硅太阳电池发展前景是可以十分乐观的。

关键词： 白光LED   光衰   晶片   固晶胶   荧光粉   荧光胶水   支架   封装工艺   PN结  

摘要： 白光LED在LCD背光显示领域应用逐步广泛。与传统CCFL背光相比，其环保和节能的优势十分明显。随着LED价格成本逐渐降低，白光LED将进一步占领LCD背光市场份额，如何提升白光LED寿命及降低白光LED光衰减成为LED业者攻克的最大难题，本文就影响白光LED衰减针对材料、封装、PN结温度因素进行分析探讨。

关键词： PN结   伏安特性   温度传感器  

摘要： 为培养学生的思维能力,开发了不同温度下PN结伏安特性自动测试系统的设计与实验.实验以PN结为测试对象,通过测试热敏电阻的温度特性,在自动检测系统中并以其为热探头设计了满足特定要求的温度传感器.

关键词： 全光波长转换器   pn结   谐振器   集成   载流子寿命   数据传输速率   耦合模理论   子动力学  

摘要： We explore all-optical wavelength conversion in a microdisk resonator integrated with interleaved p-n *** simulation based on temporal coupled mode theory is performed to study the free-carrier dynamics inside the *** reveals that the detuning of pump and probe frequencies and the carrier lifetime have a significant effect on the device *** result confirms that the conversion speed can be considerably improved by applying a reverse bias on the p-n *** conversion at 10 Gb/s data rate is achieved with a pump power of 5.41 dBm and a bias voltage of-6 V.

关键词： PrNi2   磁比热   交换作用有效场   磁矩   磁熵变  

摘要： 在一些磁性材料内,磁性离子间交换作用和磁性离子的自旋涨落对材料磁性有影响.本文根据磁比热实验值确定了晶场参数后,利用包含自旋涨落的交换作用有效场Hm=n0(1+γT+βeωT)M,计算了Pr Ni2晶体晶场能级的Zeeman劈裂.在温度为3.8 K T 30 K范围内,计算了该晶体多晶磁矩随外磁场的变化,以及外磁场H=5000 Oe时磁化率倒数随温度的变化,计算结果和实验值符合较好.当外磁场在0—50000 Oe时,计算的该晶体的磁熵变与已有文献的理论结果相似.计算结果说明,提出的包含自旋涨落的交换作用有效场不仅适合亚铁磁性晶体,而且也适合顺磁性晶体.