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关键词： 发光效率   传统光源   LED灯   冷光源   汽车灯具   散热装置   前照灯   PN结  

摘要： 详解车用LED光源Q现在,发光二极管LED灯在汽车灯具上使用较多,甚至汽车的前照灯都开始使用LED灯。其发光效率远高于传统光源,属于一种冷光源,但为什么还需要散热装置呢?广东读者:林嵩团A LED灯属于固体冷光源,通电后电子通过PN结到达P区与空穴复合,从而激励光子而发光。LED发光体内没有移动的部分,光源用环氧树脂封装,能有效地抵抗汽车的剧烈振动,可在-30~50℃的环境下正常工作。由于发光体内没有灯丝,不需要通电烧热灯丝来发光,发热量很小,故泛称为“冷光源”。

关键词： 学科融合   探究教学   电离能   电负性   化学史  

摘要： 以“寻找定量衡量原子吸引电子能力的参数”为探究线索,通过四个探究活动,采用化学与数学学科融合的教学手段,从宏观到微观,从定性到定量,从单一指标到综合指标,让学生依次探究“原子半径”“第一电离能”“电负性”作为衡量原子吸引电子的参数的演变过程,逐步构建元素周期律认知模型。

关键词： 团簇MnPS_(3)   态密度   磁性   磁矩   自旋布居数  

摘要： 为探究团簇MnPS_(3)的磁学性质,设计了团簇MnPS_(3)的初始构型,并运用密度泛函理论(density functional theory,DFT)在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理,最终得到6种单重态和3种三重态稳定构型.利用Multiwfn程序计算团簇MnPS_(3)三重态构型的成单电子数、自旋布居数、自旋磁矩、轨道态密度及电子自旋密度差等磁性相关数据.结果表明,各轨道对团簇MnPS_(3)磁性的贡献大小为d轨道>p轨道>s轨道>f轨道;金属Mn原子对团簇MnPS_(3)磁性的影响较大,非金属原子P和S对团簇MnPS_(3)磁性的影响较小;d轨道态密度图对称性较差,且对应峰值相差较大,故d轨道是团簇MnPS_(3)磁性的主要贡献者.

关键词： 五夸克态   强子分子态   磁矩   跃迁磁矩   辐射衰变宽度  

摘要： 研究奇特强子态是强子物理学中一个充满挑战和机遇的学术前沿。奇特强子态的研究开启了强子谱学的新篇章,为构建强子家族2.0版本提供了新的契机,对加深理解量子色动力学(QCD)的非微扰行为有着重要意义。自从2003年Belle实验组发现类粲偶素X(3872)后,在过去二十年间,实验发现了一系列新强子态。由于一些新强子态的质量接近相应两个强子的阈值,人们很自然地将它们解释为分子态。特别是,2019年LHCb实验组在Ab→J/ψpK过程中发现了隐粲五夸克态Pc(4312)、Pc(4440)和Pc(4457),它们的发现为隐粲分子态类型五夸克态的存在提供了实验支撑,分子态作为一种奇特强子态得到了理论家和实验家的重视。在本论文中,我们首先简要介绍了强子物理的发展历程,并且讨论了在组分夸克模型下传统强子电磁性质的计算方法。接下来,我们开展了对Σc(*)D(*)、Ξc(')D(*)、Ξc(',*)Ds*和Ωc(*)Ds*构型的重味强子分子态磁矩、跃迁磁矩和辐射衰变宽度的研究。受隐粲五夸克态Pc/Pcs和双粲四夸克态Tcc+的分子态解释启发,我们自然猜测会存在由粲重子Σc(*)和粲介子D(*)组成的双粲分子态类型五夸克态。因此,我们讨论了与它们内部结构密切相关的电磁性质,并且考虑了 S-D波混合效应和耦合道效应对它们的影响。在具体计算中,我们首先分析了S-波Σc(*)D(*),分子态的磁矩,随后扩展了我们的理论框架以研究S-波Σc(*)D(*)分子态的跃迁磁矩和辐射衰变宽度。此外,我们还讨论了S-波Σc(*)D(*)构型分子态类型五夸克态的磁矩和跃迁磁矩之间的关系,结合它们跃迁磁矩和辐射衰变宽度的联系,可以作为实验上获取其磁矩相关信息的一种间接手段。此外,受Pcs(4459)和PψsΛ(4338)发现的启示,我们系统地开展了对含不同奇异夸克数的隐粲分子态类型五夸克态电磁性质的研究。在具体研究中,我们讨论了Ξc(')D(*)、Ξc(',*)Ds*和Ωc(*)Ds*构型的分子态类型五夸克态的磁矩、跃迁磁矩和辐射衰变宽度,并且考虑了 S-D波混合效应和耦合道效应对它们的影响。关于它们电磁性质的研究可以为进一步解析这些预言的含奇异夸克的隐粲分子态类型五夸克态的内部结构提供重要信息。在过去的理论工作中,大家主要关注强子分子态的质量谱、衰变行为以及产生机制等性质。本文的研究拓展了大家对重味强子分子态电磁性质的认识,可反映讨论的重味强子分子态的内部结构的信息。虽然目前实验上很难直接探测到这些重味分子态类型五夸克态的磁矩等性质,但随着实验数据的不断积累与实验精度的不断提高,我们希望未来实验上能够发现这些重味分子态类型五夸克态电磁性质的相关信息。此外,我们希望未来有更多的理论模型来讨论重味强子分子态的电磁性质,为我们理解强子分子态的性质以及QCD的非微扰行为提供重要的信息。

关键词： 光注入   电注入   GaAs/AlGaAs阵列阴极   PN结   发射电流效率  

摘要： 光注入阴极可降低材料表面势垒,使得电子吸收光子能量后易从表面发射出去。这类阴极量子效率高、可实现均匀的平面发射且发射电子角度与能量分布集中,非常适合作为新一代电子加速器、电子显微镜和电子束曝光装置等设备中的器件。而电注入阴极是一种采用新型控制发射电子方式的器件,相关研究报道较少。传统光阴极在激光器照射下会使得器件温度升高并且还会存在离子反轰现象,导致阴极的寿命大程度的缩短。而这种新型驱动阴极发射电子的方式不需要激光照射,利用施加的电压驱动阴极形成电子发射,其发射的电子束具备和光注入阴极发射的电子束相同的优点,具有较高的研究价值。 本文对光和电注入阵列阴极的工作机理、模型构建、结构的仿真优化以及器件制备进行了系统性的研究。仿真结果表明,占空比固定为2/3,最佳入射光束角度范围为10°-30°。光注入时各层最佳的厚度和掺杂浓度范围分别为:P型变带隙AlGaAs层(0.2-0.4μm和5×1018-1×1019 cm-3)、P型AlGaAs层(0.1-0.3μm和5×1018-1×1019 cm-3)、N型AlGaAs层(0.5-1μm和1×1018-5×1018cm-3)和N型变带隙AlGaAs层(1-2μm和1×1018-5×1018cm-3)。最高发射电流效率为35.04%,发射面单位长度的发射电流最大为10.3n A/μm。电注入时:P型变带隙AlGaAs层(0.1-0.3μm和1×1018-5×1018cm-3)、P型AlGaAs层(0.1-0.3μm和1×1018-5×1018 cm-3)、N型AlGaAs层(0.8-1.2μm和5×1017-1×1018cm-3)和N型变带隙AlGaAs层(2-3μm和5×1017-1×1018cm-3)。最高发射电流效率为31.23%,发射面单位长度发射电流为105.5u A/μm,电注入阴极发射出来的电子束流比光注入阴极发射出的电子束流高4个数量级。根据仿真结果,相继展开了对光和电注入阵列阴极制备工艺的研究以及相关的性能测试,包括阴极外延层的生长、绝缘层的生长、圆形发射区制备、阴极阵列的刻蚀、电极的制备、阴极Cs-O激活以及相关光学和电学性能测试和表征分析。刻蚀微纳米柱时发现采用湿法刻蚀存在钻蚀现象,并且不同溶剂体积比、溶液的浓度对钻蚀程度均有影响,高浓度的磷酸会使得刻蚀速率减小;H3PO4:H2O2体积比相同的情况下溶液浓度越高,侧壁刻蚀面内凹现象越明显,刻蚀时间越久该现象也越明显。本文选用Ti/Pt/Au作为基极电极的材料,经过Cs-O激活后测得其最高量子效率为5.95%,比Ag作为电极得到的量子效率更高,其原因是经过高温处理之后,银原子以间隙扩散的方式进入P型层造成器件短路,使P型掺杂转变成N型掺杂。

关键词： 聚合物电介质   电子亲和能   电荷陷阱   电荷转移   能量存储  

摘要： 聚合物薄膜电容器因其超高的充放电速度与效率、轻量、安全、低成本广泛应用于电子设备与电力系统中。而在当前日益增长的电子设备性能需求的背景下,传统商用金属化薄膜电容器中所使用的如双轴拉伸聚丙烯（BOPP）、双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）等聚合物电介质的低放电能量密度与低使用温度已不能满足设备小型化与极端温度使用的要求。设计开发具备高放电能量密度、低能量损耗和耐极端温度的聚合物电介质成为全世界聚合物电介质课题组的一种理想。本论文基于影响高电场下电荷传输的角度设计完成了两份工作。两份工作分别以化学修饰和物理掺杂的方法在聚苯乙烯（PS）的凝聚态体系中构建电荷陷阱,实现了被修饰的聚苯乙烯击穿强度与储能性能的提升。结合DFT理论方法,本论文也从微观的角度细致讨论了电荷陷阱的存在方式,为更合理地理解电荷陷阱提供了参考。具体研究内容如下: （1）吸电子硝基对聚苯乙烯击穿强度与介电储能性能的影响:通过硝化反应合成了5种硝基取代度从5%至66%不等的硝化聚苯乙烯（NPS）。极性基团硝基的引入提高了聚合物的玻璃化转变温度与介电常数,适中取代度的NPS-2（15%）实现了最高的Weibull击穿强度（604.9 MV/m）,比聚苯乙烯的Weibull击穿强度（395.0 MV/m）高209.9 MV/m。DFT计算得到的硝基苯环与苯环之间电子亲和能的差异为电荷陷阱的构建提供支持。此外,硝基苯在高电场下的偶极取向可能破坏由苯环π-π堆积形成的载流子迁移通道,这为聚苯乙烯随硝基取代度先上升后下降的趋势提供了可能的解释。最终,取代度为15%的NPS获得了6.32 J/cm3的放电能量密度,是聚苯乙烯最大放电能量密度的2.38倍。 （2）4'-硝基-4-二甲氨基偶氮苯对聚苯乙烯击穿强度与介电储能性能的影响:利用DFT理论方法总结了各类取代基的烷烃、芳烃小分子的偶极矩、电子亲和能和电离势,为理解分子结构和分子电性质之间的关系提供了参考。4'-硝基-4-二甲氨基偶氮苯（NAABZ）这一拥有1.39 e V的垂直电子亲和能与10.15 D偶极矩的小分子被不同程度地引入了聚苯乙烯基体中。高偶极矩的NAABZ没有显著提高聚苯乙烯的介电常数,3 wt%NAABZ的聚苯乙烯复合物在1 k Hz下仅有2.92的介电常数,比聚苯乙烯的介电常数（2.64）高0.28。低介电常数提升的原因可能是NAABZ的大体积导致的低取向能力。适量含量的高电子亲和能小分子NAABZ提高了聚苯乙烯的击穿强度,0.75 wt%NAABZ聚苯乙烯复合物实现了710 MV/m的Weibull击穿强度。Marcus电荷转移理论被采用,首次以动态的角度解释了电荷陷阱。

关键词： 一维链   相关有效场理论   磁矩   阻碍温度   交变场  

摘要： 一维磁性纳米链是当前材料科学研究的热点之一,其具有优异的磁性和超级延展性。与常规磁性材料不同,其独特的电子结构和磁性行为使其在纳米电子、DNA分离、药物递送、癌症检测等领域具有广泛的应用前景。本文建立了一维十面体链和修饰的一维十面体链的混自旋Ising模型,并利用相关有效场理论研究了交换作用和各向异性对两个系统磁性的影响,并分析了交变场对两个系统磁性的影响。同时本文还探讨了交换作用和各向异性对一维八面体链磁性的影响。交换作用对两个系统磁性的影响如下:在十面体链中,随着交换作用绝对值的增大,系统矫顽力逐渐增大,磁矩阶梯出现阶梯消失的现象。系统出现三个饱和磁矩,磁矩曲线出现了P型和Q型两种类型曲线,磁化率曲线出现了奇异现象。系统的阻碍温度随交换作用绝对值的增大而升高。在修饰的十面体链中,随着交换作用绝对值的增大,系统矫顽力出现逐渐减小的情况,并且修饰的十面体链的磁滞回环数量比十面体链更多。系统出现三个饱和磁矩,磁矩曲线同样出现了P型和Q型两种类型曲线。系统的阻碍温度随交换作用的变化规律与十面体链相同。各向异性对两个系统磁性的影响如下:在十面体链中,随着各向异性绝对值的增大,磁矩阶梯同样出现了阶梯消失的现象。系统出现三个饱和磁矩,磁矩曲线出现了P型和Q型两种类型曲线。系统的阻碍温度随各向异性绝对值的增大而降低。在修饰的十面体链中,随各向异性绝对值的增大,系统出现两个饱和磁矩,磁矩曲线只出现了一种Q型曲线。系统的阻碍温度随各向异性的变化规律与十面体链相同,且参数相同时,修饰的十面体链的阻碍温度TB大于十面体链。交变场对两个系统磁性的影响如下:首先分析了交变场对动态磁矩的影响,研究结果显示,偏置场hb的增加会增加系统的有序能,而振荡场的振幅h_o的增加则会增加系统的无序能。同时,分析了交变场对序参量的影响。在一维十面体链中,序参量Q随着温度的变化呈现出两种不同的趋势。而在修饰的一维十面体链中,序参量Q随着温度的变化只呈现一种趋势。交换作用和各向异性对八面体链磁性的影响如下:交换作用和各向异性对系统磁性有重要影响。在适当的参数下,系统会出现较低的饱和磁矩。除此之外,还发现了多环的磁滞回线和磁矩阶梯翻转等异常现象。

关键词： 二维材料   范德华异质结   第一性原理计算   磁性隧道结   PN结  

摘要： 随着器件不断小型化,硅基半导体器件尺寸已达到其物理极限,探究新材料和新结构对器件持续小型化尤为重要。二维材料具有原子级厚度、层间依靠范德华力结合和表面无悬挂键等特性,被广泛应用于纳电子学和自旋电子学的研究。二维材料通过任意顺序堆叠,可以实现不同功能的范德华异质结。这些异质结通过二维材料间的范德华力结合,因此几乎没有晶格失配,为开发具有理想功能和性能的新型电子和自旋电子器件提供了机会。本文利用第一性原理研究了三种二维材料范德华异质结的电子性质,设计了基于范德华异质结构的电子器件,并计算了器件的电输运性质,论证了这些器件在纳电子学和自旋电子学领域的潜在应用。本论文的主要研究内容与研究结果如下:1.基于分子吸附蓝磷相硒化锗范德华异质结构的PN结二维半导体吸附有机分子可以实现p/n型掺杂,从而构建PN结器件。在本工作中,采用F4-TCNQ、TTF和BV分子吸附蓝磷相硒化锗（Ge Se）半导体设计了范德华异质结构的PN结,通过第一性原理,计算和分析了三种有机分子吸附蓝磷相硒化锗的几何结构和电子性质。研究结果表明,F4-TCNQ分子与TTF（BV）分子吸附蓝磷相硒化锗可以在费米能级附近提供局域能量态,分别实现p型和n型掺杂半导体。通过在硒化锗两侧同时吸附F4-TC NQ分子与TTF分子可提升掺杂浓度,进而设计构建范德华异质结构的PN结。2.基于Graphene/VSi2N4/Graphene范德华异质结构的磁性隧道结磁性隧道结以自旋为传输信号,具有电阻率高、能耗小、性能稳定等优点,可以作为磁随机存储器和磁头的基本元件。新型二维层状过渡金属硅氮化合物VSi2N4是一种二维磁性材料,本工作中,我们研究了Graphene/VSi2N4/Graphene范德华异质结的电子性质,在此基础上设计了一种新型磁性隧道结,并计算了隧道结的自旋输运性质。结果表明,在零偏压和低偏压范围内,磁性隧道结的隧穿磁阻率可以达到10～6%。3.基于VSi2N4/MSi2N4/VSi2N4（M=Cr,Mo,W）范德华磁性隧道结新型二维层状过渡金属硅氮化合物具有丰富的电子和磁学性质,为设计新型自旋电子器件提供了可能性。本工作中,我们采用半金属VSi2N4材料作为电极,Mo Si2N4、Cr Si2N4和WSi2N4材料分别作为隧穿层,设计了一系列范德华磁性隧道结,并对其进行了自旋输运性质的研究。计算结果表明,在零偏压和较小偏压下这些磁性隧道结可以实现超高的隧穿磁阻,并且具有100%的自旋过滤效应。本论文主要有以下六章内容组成:第一章介绍二维材料发展及其范德华异质结的应用;第二章介绍了理论计算的方法,包括密度泛函理论及非平衡格林函数方法;第三章介绍了一种分子吸附的蓝磷相硒化锗范德华异质结的PN结;第四章介绍了研究了Graphene/VSi2N4/Graphene范德华异质结构的磁性隧道结;第五章在上一章的基础上介绍了VSi2N4/MSi2N4/VSi2N4（M=Cr,Mo,W）范德华异质结构的磁性隧道结及自旋输运性质的研究;第六章对所做工作进行总结与展望。

关键词： 铜锌锡硫硒   界面处理   背电极   PN结   薄膜太阳能电池  

摘要： 锌黄锡矿结构(kesterite,CuZnSn(S,Se),CZTSSe)化合物是一种p型直接带隙半导体,其结构与CIGS相似,带隙在1.0-1.5 e V之间连续可调,吸收系数可达10 cm以上,其薄膜制备工艺简单、组成元素储量丰富且无毒等诸多优点,是薄膜太阳能电池的理想吸收层材料。目前,CZTSSe薄膜太阳电池的光电转换效率已达13.6%,虽然已接近商用水平,但仍远小于32.2%的理论效率。探索可提高CZTSSe太阳能电池转换效率的有效途径是该领域的研究热点。本论文以“铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的界面修饰及对其光伏性能的影响研究”为题,系统的总结了作者在攻读硕士学位期间所做的研究工作。主要包括以下三方面的研究内容和成果:(1)Mo电极的不同储存方式和背接触处理对CZTSSe电池性能的影响研究。首先,将不同储存环境及表面通过机械抛光后的Mo电极作为背电极;然后,采用旋涂法在背电极上制备CZTS前驱体薄膜,硒化后获得CZTSSe光敏层;最后,分别利用并化学浴沉积、磁控溅射和热蒸发法在吸收层上依次沉积CdS缓冲层、ZnO窗口层、ITO透明导电层及Al栅格电极,得到完整太阳能电池器件。基于Ar环境储存Mo电极组装的CZTSSe薄膜太阳能电池与低真空(10 kPa)储存Mo的相比,FF提高了14.4%,PCE由7.22%提高到了8.01%;而抛光后低真空储存的Mo电极较抛光前,FF提高了12.1%,光PCE提高至7.77%;同样抛光后Ar环境储存的Mo电极的Voc增加了11mV,FF提高了5%,PCE提高至8.30%。结果发现,低真空(10 kPa)保存的Mo电极,由于氧气的存在会产生较厚的氧化层,表面电阻较大,阻碍了Mo/CZTSSe界面的接触,组装器件后串联电阻较大;Ar环境保存的Mo电极制备的器件性能较好;同时适当的机械抛光增加了Mo表面的粗糙度,去除表面氧化层,使表面电阻减小,进而减少了器件的串联电阻,光电转换效率增加。(2)光敏层与缓冲层的界面质量是影响CZTSSe薄膜太阳能电池转换效率的重要因素之一。本工作提出了一种采用(NH)S溶液室温处理CZTSSe,吸收层的高效、简便方法,改善其表面润湿性,提高异质结界面质量,进而提高器件光伏性能。首先,用2.78 mol/L(NH)S溶液(pH 9.7)分别对CZTSSe薄膜处理0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min和90 min后,研究了其对吸收层润湿特性的影响;然后,对不同条件处理的样品组装太阳能电池研究了器件性能的变化规律。50 min处理后可显著改变其表面润湿性至超亲水,并在化学浴中形成高质量的CdS/CZTSSe异质结,进而获得9.88%的器件效率,比未处理的电池(6.54%)提高51%,使452 mV的V提高了37 mV,FF提高了8%,达到60.56%。结果表明,(NH)S溶液处理不但可增大器件的内建电场和耗尽层宽度,同时还可抑制载流子复合和增加载流子寿命,进而提高器件光伏性能。本研究从界面润湿的角度分析了(NH)S溶液处理对异质结质量的影响,研究结果将有助于深入理解界面处理对设备性能改善的影响。(3)针对CZTSSe太阳能电池的PN结质量,本工作提出了一种可有效减少开路电压损耗的NHBr溶液后处理工艺。首先,分别把CZTSSe薄膜浸泡在0.1mol/mL、0.01 mol/mL和0.001 mol/mL浓度的NHBr溶液处理5min后,研究了其对吸收层表面形貌的影响;然后,组装太阳能电池并分析器件性能参数。0.01mol/mL浓度的NHBr溶液处理后,使424 mV的Voc提高了50 mV,Jsc由25.35mA/cm提高到29.38 mA/cm,FF提高了26.32%,PCE从5.24%提高到7.67%。研究发现,适当浓度的NHBr溶液处理CZTSSe表面转变至疏水状态,晶粒大小均匀,使带尾效应降低,开路电压损失减少。

关键词： 多层磁性薄膜   次近邻相互作用   共振频率   磁矩   量子涨落  

摘要： 由于多层磁性薄膜在磁记录材料、磁共振吸波材料和自旋电子器件等领域存在广阔的应用前景,近年来吸引了大量理论和实验的科研工作者对其性能进行研究。本文在海森堡模型的框架下,建立了具有四个子晶格体心立方构型的三层磁性体系,利用线性自旋波理论和推迟格林函数的方法对系统的哈密顿量进行对角化求解,分别计算了不考虑次近邻相互作用和考虑次近邻相互作用两种情况下该体系的自旋波谱。基于谱定理和关联函数导出了系统基态时的磁矩和量子涨落的表达式,采取控制变量的方法,研究并讨论了两种情况下交换耦合作用、磁晶各向异性以及自旋量子数单独变化时对系统能隙、共振频率、基态磁矩以及基态时量子涨落的影响情况。最后横向对比两种情况部分章节的内容,得出该体系次近邻相互作用的影响是很有必要考虑的。研究发现,在不考虑次近邻相互作用(只考虑最近邻相互作用)时,系统存在三个能隙。相比磁晶各向异性,自旋量子数和交换耦合作用对系统的能隙影响更为明显。自旋方向向上的A、B、D子格的自旋量子数对共振频率f存在较为明显的影响,而自旋方向向下的C子格的自旋量子数对共振频率f的影响最大。四种共振频率随着层间各向异性的增加出现线性增加的情况,其中共振频率f的变化最大。反铁磁交换耦合作用对f的影响最为明显,铁磁交换耦合作用对f的影响最大。相比铁磁交换耦合作用,反铁磁交换耦合作用对系统基态时的磁矩和量子涨落的影响更大。而磁晶各向异性只对系统基态时的磁矩M和量子涨落(35)M的影响最为明显。如果考虑次近邻相互作用,此时系统仅存在一个能隙。层间B、C子格之间的反铁磁交换耦合作用对系统能隙的影响最大,层内A、B子格之间的铁磁交换耦合作用对系统能隙的影响最为明显。自旋量子数和磁晶各向异性都对系统能隙存在较大的影响。就共振频率而言,四种自旋量子数对共振频率f、f、f都存在较为明显的影响。层间各向异性D可以显著提高系统共振频率。反铁磁交换耦合作用对共振频率f的影响最大,铁磁交换耦合作用对共振频率f和f的影响较大。四种磁晶各向异性均对基态时的磁矩M和量子涨落(35)M的影响最为明显。相比铁磁交换耦合作用,反铁磁交换耦合作用对系统基态时磁矩和量子涨落的影响更为明显一些。通过对系统的共振频率、基态时的磁矩和量子涨落在两种情况下的横向对比,可以得出次近邻相互作用对该体系自旋波与磁量子行为的影响是不容忽略的。