第一性原理计算金属原子对石墨烯光电性能的调制

基于第一原理计算,研究最活泼的金属(Na, K,Al)以及实验上常用的金属(Ti, Ag, Ru, Au,Pt)等八种金属原子对石墨烯的功函数和光学性质的调制。结果表明,除了Ti和Ru原子外,所有的吸附原子均失去电子,导致石墨烯的狄拉克锥向低能方向移动。所有吸附结构的功函数均低于本征石墨烯。特别是Ti或Ru原子与石墨烯之间存在较强的相互作用,导致Ti和Ru吸附石墨烯的功函数较小。由于吸附原子的存在,使得石墨烯的光学性质发生了很大的变化。不同吸附结构的静态介电函数差别很大;吸附原子后,石墨烯对可见光和红外光的吸收强度大大增加。     

第一性原理计算硼和氮原子对石墨烯光电性能的调制（英文）

通过设计B和N原子取代碳原子,可以实现对石墨烯性能的调制.结果显示,石墨烯的带隙被打开,狄拉克锥在费米能级上上下移动,类似于对其进行p型或n型掺杂.在费米能级处电子态存在,电荷从杂质转移到C原子上或者从碳原子转移到杂质上.静态介电函数ε_1(0)增大,在对应可见光及其以下的能量区域出现了新的吸收峰.由于B或N的掺杂,使得石墨烯中等离子体激发减少,导致了电子能量损失函数峰值的减少.只有一个明显的峰值与本征石墨烯最高峰的位置相同,但是峰值的高度显著增加.     

第一性原理计算硼和氮原子对石墨烯光电性能的调制

通过设计B和N原子取代碳原子,可以实现对石墨烯性能的调制.结果显示,石墨烯的带隙被打开,狄拉克锥在费米能级上上下移动,类似于对其进行p型或n型掺杂.在费米能级处电子态存在,电荷从杂质转移到C原子上或者从碳原子转移到杂质上.静态介电函数ε_1(0)增大,在对应可见光及其以下的能量区域出现了新的吸收峰.由于B或N的掺杂,使得石墨烯中等离子体激发减少,导致了电子能量损失函数峰值的减少.只有一个明显的峰值与本征石墨烯最高峰的位置相同,但是峰值的高度显著增加.     

金属原子吸附对GaN（0001）表面光学性能的调制

基于第一性原理计算，研究了实验中常用的金属（Ni、Ru和Au）等三种原子对GaN（0001）表面光学性质的调控。结果表明，电子从吸附原子中转移到GaN（0001）表面，Ni和Ru的吸附降低了GaN（0001）表面的功函数。在GaN（0001）表面的带隙中引入了杂质能级，使载流子跃迁的势垒高度降低，进而调节其光学性 。可以看到在低光子能量区所有光学曲线的主峰红移，而在高光子能量区所有光学曲线都出现收缩现象，所有光学曲线上特征峰的数量和位置都发生了明显的变化。此外，吸附金属原子后，GaN（0001）表面对可见光甚至红外光的吸收增强了，适用于较长波光的探测。     

阴极耦合层对顶发射白光OLED器件光电性能影响（英文）

为了研究不同厚度C60阴极耦合层对顶发射白光OLED器件光电性能的影响,实验数值计算了半透明阴极组成的多层膜系(ETL/EIL/Mg∶Ag/C60)的透过率;同时,采用共阴极结构设计制备了顶发射白光OLED器件,并对不同厚度的C60折射率匹配层制备的顶发射白光OLED器件的光电特性进行了研究。结果表明,不同C60厚度的多层膜系透过率差异较大,在C60膜层厚度为30～40nm时,多层膜在较宽波段范围内均有高的透过率,且透过率光谱的色坐标最接近白光等能点;通过分析不同阴极耦合层制备的顶部发光OLED器件的光电性能,发现采用适当厚度的C60阴极耦合层材料,可以有效提高器件外量子效率,并在一定程度上能够有效改善器件的色坐标,实现接近等能白光的顶发光OLED器件制备。     

超薄氧化铝层的电场调制效应（英文）

研究了基于高k介质材料的阻变存储器的写入/擦除(SET/RESET)特性和物理机制.研究发现基于NbAlO材料的阻变存储器SET/RESET电压具有较大波动性,通过结构优化,在Al_2O_3/NbAlO/Al_2O_3纳米薄片堆垛结构器件中获得高度稳定性的可重复的阻变特性.基于电场调制效应,提出了一种统一的电阻开关模型去模拟阻变存储器的SET/RESET行为,并探讨了单层阻变薄膜的阻变存储器中由导电单元形成和湮灭的巨大随机性引起的阻变特性分布.当在NbAlO基阻变存储器中嵌入超薄Al_2O_3膜后,阻变存储器的SET/RESET电压稳定性将显著提升,其原因在于采用堆垛结构的阻变器件中各介质层中的电场重新分布并精确可控,因此导电细丝的导通/断裂通过电场调制作用稳定均匀地在发生在具有高电场的薄缓冲层介质层中.     

局域场增强石墨烯近红外光电探测器（特邀）

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势,并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足,研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果,介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点,进一步介绍了双吸收层局域场增强器件,对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介,对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

基于第一性原理的Ga-Eu共掺ZnO光电性质的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,分析了Ga-Eu共掺杂ZnO(GEZO)结构的能带结构、态密度、马利肯布居分布以及光学性质。结果表明,计算得到的晶格常数及带隙与实验值一致。Ga,Eu的掺入贡献了导电载流子,使体系的电导率增强。费米能级进入导带,呈现n型导电。从态密度中可知费米能级处出现了由Eu的4f态引入的杂质带,Ga也在导带底处贡献了4p和4s态。原子和键的平均马利肯布居分布表明,Ga,Eu原子的掺入增强了键的离子性。光学性质方面,Ga,Eu的掺入使得介电函数实部和虚部的峰位向低能区转移,吸收率和反射率在可见光区均有提高。     

光调制超材料及其传感应用（英文）

研究了一种太赫兹光调制超材料传感器。该器件由金属-半导体复合结构(开口谐振环(SRR))和柔性聚酰亚胺衬底组成。光敏硅材料填充在器件上方的两个开口处。模拟结果表明,通过改变外激励泵浦光的功率,光敏硅的电导率发生改变,从而实现对复合超材料结构谐振峰的调制。进一步分析该结构在谐振频率下的电场和表面电流密度分布情况,讨论了其物理机制。此外,随着待测溶液(氯化钙)浓度变化,传感器谐振峰发生红移,其灵敏度为11.4 GHz/M。该器件可作为太赫兹波段液体传感器使用。     

基于石墨烯/铟砷量子点/砷化镓异质结新型光电探测器（英文）

研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率,但受限于较低的光子吸收率,使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高,光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17. 0 m A/W、2. 3×10~(10)cm Hz~(1/2)W~(-1)和1×10~3.而当入射光为近红外波段的940纳米时,响应率进一步增加到了207 m A/W.同时,还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.     

NiO/SiC异质结的光电特性（英文）

NiO是一种天然p型直接带隙半导体材料,首次采用磁控溅射的方法在n型4H-SiC(0001)衬底上淀积NiO薄膜,制作p-NiO/n-4H-SiC异质结。研究了氧气和氩气体积流量对NiO薄膜特性的影响,并研究了NiO/SiC异质结的光电特性。结果表明:所制备的NiO薄膜为多晶结构,当氧气和氩气体积流量均为30 cm~3/min时,NiO薄膜出现[200]晶向的择优生长,呈现p型导电,薄膜平整致密,粒径约为15 nm。采用Ni作为金属电极,J-V测试结果表明异质结具有较好的整流特性,开启电压约为1.4 V,在13.5 mW的紫外灯照射下,异质结出现了光响应,开路电压Voc约为30 mV,光电流密度Jph为0.89 mA/cm~2。     

光电成像系统的信道宽度评价方法（英文）

根据人眼视觉实验，对光电成像系统的性能评价方法进行了理论研究，分析了视场角ω，成像系统性能σs，以及角放大率Γ对光电成像系统与人眼存在的最佳匹配的影响，初步实现了定量描述电视型成像系统的最佳观察距离和直视型最佳目镜焦距的客观现象，所得结果与实际基本一致。     

光电成像系统的协同设计方法研究（英文）

在传统的光电成像系统设计中,光学子系统和电子学子系统是分开设计的.这导致两个子系统的参数化之间协调程度降低,导致子系统兼容性不完善.为了提高各子系统之间的兼容性,缩短设计时间,减少开发成本,本文提出了一种协同设计方法.在端到端光电性能评价的基础上,采用多目标多参数优化算法对光电成像系统的配置参数进行优化.利用该方法对空间红外成像系统配置参数进行了优化,且获得良好在轨成像效果.结果表明,该方法对优化光电成像系统的参数配置,评价光电成像系统的性能具有积极的作用.     

基于石墨烯的波束可重构太赫兹天线（英文）

设计了一种工作在太赫兹(THz)频率下的微带八木(QYU)天线.该天线由金属微带传输线、金属反射器、金属半圆形辐射贴片和三组单分子层-石墨烯-贴片导向器组成.由于石墨烯的电导率可电调谐特性,可以通过调整施加在石墨烯导向器上的偏置电压来动态调控天线的辐射方向.通过对天线的基本性能和可调特性系统地模拟和优化,数值结果表明,通过改变加在石墨烯导向器的偏压,天线的主辐射波瓣角φ(方位角)可以在30°-150°的范围内进行扫描,并且具有非常快的调制速度和非常低的回波损耗.该天线非常适合于相控阵雷达等THz波束可重构应用     

简易化学水浴法制备SnO_2/p-Si异质结光电性能（英文）

通过一种简易化学水浴法将SnO_2薄膜沉积在晶硅衬底上以制备n-SnO_2/p-Si异质结光电器件,这种自制的化学水浴装置非常便宜和方便.采用XRD、SEM、XPS、PL、紫外-可见光分光光度计和霍尔效应测试系统表征了SnO_2薄膜的微结构、光学和电学性能,对SnO_2/p-Si异质结的I-V曲线进行测试并分析,获得明显的光电转换特性.     

基于纳米金属修饰的石墨烯光电探测器光吸收特性研究

可见光及红外波段的光电探测器是光通信、深空探测、生物医学成像等重要领域不可缺少的一部分。为进一步提升光电探测器性能,在石墨烯薄层上引入金属纳米结构,利用有限元仿真软件COMSOL建立多组模型进行仿真对比。结果表明：周期P=250 nm,纳米颗粒直径D=112.5 nm时,金字塔纳米金属颗粒与三角形截面光栅的加入,实现了石墨烯光电探测器在可见光和近红外波段光吸收的增强。波长在0.5～5μm范围内,纳米颗粒光栅结构可进一步提升器件的吸收性能,且颗粒覆盖率是影响光吸收效率的关键因素。     

POLDER仪器的原理和性能（上）

ＰＯＬＤＥＲ（地球反射比的偏振化和指向性）仪器是一台在可见光和红外光谱区中测量被地球大气系统反射的太阳辐射的偏振化和指向性而设计的宽视场辐射计。ＰＯＬＤＥＲ的原始仪器概念在１３个不同视角下观测仪器刈幅中一次通过的任一目标的能力。对于每一个视角,在８个窄的光谱波段中对目标成象,其中的３个有道处在三个不同偏振角下。ＰＯＬＤＥＲ多使命的科学目标提出了苛刻的辐射度和几何学要求;本文描述了ＰＯＬＤＥＲ仪器的     

基于第一性原理计算Mo2NS2对多硫化锂的吸附性能

高效的储能技术一直都是限制新能源汽车发展的关键因素,而具有超高理论比能量密度(2 500 W·h/kg)的锂硫电池被认为是最有希望的下一代可充电电池。然而,锂硫电池的实际应用受到硫导电性差和多硫化锂的穿梭效应等的限制。为了解决这些问题,提出以硫功能化的过渡金属氮化物材料来提高锂硫电池的电化学性能。对载体二硫氮化钼和吸附物多硫化锂进行建模,并计算载体的态密度;通过计算系统总能量找到了最佳吸附构型,并研究了吸附多硫化锂后复合材料的电荷差分密度和态密度;计算了多硫化锂在吸附载体界面的吉布斯自由能。研究结果表明,二硫氮化钼对多硫化物有较好的吸附强度,在放电过程中表现出较低的吉布斯自由能势垒(0.84 eV),加快了放电反应速率,缩短了电极反应中的多硫化锂的存在时间,从而有利于抑制多硫化锂的溶解和穿梭效应。本研究为过渡金属氮化物以及其他二维材料作为高性能硫阴极材料的设计提供了参考。     

光通信用石墨烯基纳米复合材料的光电性能研究

采用湿化学法制备了性能良好的石墨烯(G)/氧化锌(ZnO)纳米复合材料,利用X射线衍射分析仪、扫描电镜及透射电镜对其物理结构和形貌分析可知成功地合成了石墨烯/氧化锌的纳米颗粒,氧化锌纳米颗粒大小约为50 nm。分别将石墨烯/氧化锌纳米复合材料、石墨烯和氧化锌均匀地分散到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中通过浇铸法合成G/ZnO/PMMA有机玻璃、ZnO/PMMA和G/PMMA有机玻璃,对比可得,G/ZnO/PMMA的非线性光学散射特性、非线性光学吸收特性及紫外-可见光吸收特性较ZnO/PMMA和G/PMMA有机玻璃有了明显提高。