检索结果-南通市图书馆

作者：刘存斌东北大学

学位级别：硕士

微液滴操纵是微流控技术的重要组成内容,也是研究最为广泛的微流控技术之一,主要是指利用互不相溶的两种或多种液体相互作用,生成微尺度下的单分散液滴以及对其精确操控的技术。微液滴包括弹状流、单液滴流、群滴流等三种流态。其中,弹... 详细信息

微液滴操纵是微流控技术的重要组成内容,也是研究最为广泛的微流控技术之一,主要是指利用互不相溶的两种或多种液体相互作用,生成微尺度下的单分散液滴以及对其精确操控的技术。微液滴包括弹状流、单液滴流、群滴流等三种流态。其中,弹状流是指截面充盈整个通道界面的大液滴,与通道壁面直接接触或间隔一层很薄的连续相液膜。弹状流的生成与输运表现出与其他流型不同的特性,备受研究者关注,在微给药、微分离、微浓缩等研究领域具有广泛的应用前景。本课题主要面向矩形截面微通道,对通道内弹状流的生成机制和输运特性展开研究。以微尺度下流体力学基本理论为基础,分析了微流体的重力、惯性力、剪切力、界面张力,并运用无量纲数比较了各作用力间的相对大小,明确了微尺度下流动的支配因素。课题充分考虑相间界面张力与壁面润湿性的影响,建立适用于微尺度下的弹状流的数学模型。基于流场分析软件,对几何模型进行网格划分,通过设定初始条件和边界条件,对弹状流的生成与输运过程进行了数值模拟。通过主要支配参数的变化,研究了对弹状流长度、形状等行为的变化规律。利用数值模拟的优势,监测弹状流生成中通道内压力的变化。用数值方法,研究了弹状流的输运特性。考察了动态接触角、拐角圆角等形貌特征,并分析了各参数的影响状况。液滴内部环流有利于提高传质效率。本文研究了流量对内环流强度的影响。通过搭建制备弹状流的实验平台,结合微尺度粒子图像测速系统(Micro-PIV)观测弹状流的生成过程,并与数值结果进行了对比。通过改变各流动参数,总结弹状流的生成规律。通过分析实验结果,建立弹状液滴长度随两相流量、流量比、粘度等影响因素的变化曲线。研究表明:在弹状流生成过程中,黏性剪切力、界面张力、前后压差动态变化。其中,前后压差是微液滴断裂的主要动力。弹状流的生成受流量比、流量、连续相黏度、界面张力及壁面润湿性等参数的影响。生成的弹状液滴随流量、连续相的黏度、接触角的增大而减小,随界面张力的增大而增大。通过数据分析,得到了弹状液滴有效特征长度随毛细管数Ca的拟合公式,可预测液滴的大小。弹状流形状在输运过程中,受通道几何形状、流体物性参数、壁面润湿性的影响,前后曲率不对称,前尖后钝,接触角符合Tanner定律。以微液滴为参考系,在液滴内部除了有上下两个大环流外,在前后端还分布两对小环流。研究了流量对环流强度的影响,发现环流强度随流量的增大而增大。

关键词：微流控芯片弹状流微液滴生成机制输运特性

有机分子/高自旋极化铁磁界面的电子结构和输运特性

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有机分子/高自旋极化铁磁界面的电子结构和输运特性

作者：韩雪飞天津大学

学位级别：硕士

有机自旋电子学是将自旋电子学与有机半导体相结合的新兴学科。由于弱的自旋-轨道耦合和超精细相互作用,有机半导体被广泛地应用于构造新型多功能自旋电子学器件。高自旋注入效率和大磁电阻效应是有机自旋电子学一直追求的目标。与传统... 详细信息

有机自旋电子学是将自旋电子学与有机半导体相结合的新兴学科。由于弱的自旋-轨道耦合和超精细相互作用,有机半导体被广泛地应用于构造新型多功能自旋电子学器件。高自旋注入效率和大磁电阻效应是有机自旋电子学一直追求的目标。与传统的铁磁性金属相比,铁磁性材料FeN和LaSrMn O(LSMO)具有高的自旋极化率和居里温度,在自旋电子学器件中具有重要的应用价值。本论文利用密度泛函理论和非平衡格林函数的方法,研究了有机分子/高自旋极化铁磁界面的电子结构及自旋相关输运特性。C分子吸附导致FeN(001)表面局部位置发生自旋极化反转,并且反转的位置和幅度依赖于C/FeN(001)界面的微观构型。在最稳定的模型中,与C原子成键的Fe原子的d轨道在费米能级附近出现明显的重新分布,导致磁矩反转。此外,C分子吸附对整个FeN基底磁各向异性能(MAE)的影响较小,但是却可以改变界面Fe原子MAE的符号,这归因于C和Fe原子之间的强p-d杂化。与纯净FeN(111)表面相比,SiC/FeN(111)界面的垂直磁各向异性能(PMA)降低,其中C-Fe模型的PMA降低了28.5%。这种变化主要由FeN的表面和次表面Fe原子层决定。层间距可以有效地调控界面MAE和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用,其中界面Fe原子的MAE对层间距敏感。在平衡态下,LSMO/四噻吩(T)/LSMO有机磁性隧道结(OMTJ)的隧穿磁电阻(TMR)为8.9×10,而Co/T/LSMO OMTJ的TMR仅为-0.75,表明空间自旋极化较大的自旋界面有助于实现大的TMR。两个OMTJs中均出现完全自旋极化的电流。特别的是,在Co/T/LSMO OMTJ中,主导电子输运的自旋通道由两个电极的相对磁化取向决定。在LSMO/T/LSMO OMTJ的平行和反平行磁化状态中分别出现了完全自旋极化的光电流和自旋电池效应。由于FeN和LSMO具有相反的自旋极化率,在平衡态下LSMO/C/FeN OMTJ表现为负的TMR,通过施加偏压可以将TMR转变为正值。电极的相对磁化取向和偏压可以有效地调控FeN/C/FeN OMTJ的自旋注入。通过适当地调节光子能量和偏振角,可以得到完全自旋极化的光电流和自旋电池效应。在LSMO/C/FeN OMTJ中,可以通过改变相对磁化取向来切换自旋电池的极性。

关键词：有机自旋电子学自旋界面电子结构输运特性

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硅微通道电化学腐蚀过程中的输运特性

硅微通道电化学腐蚀过程中的输运特性

作者：薛阳长春理工大学

学位级别：硕士

电化学刻蚀硅微通道技术已经被广泛关注,但是电化学刻蚀硅微通道过程中的输运特性却鲜有报道,然而硅片中载流子的输运,硅/HF界面电荷的输运以及溶液中物质的输运直接影响微通道结构的刻蚀结果。本论文从硅的基本性质出发,结合半导... 详细信息

电化学刻蚀硅微通道技术已经被广泛关注,但是电化学刻蚀硅微通道过程中的输运特性却鲜有报道,然而硅片中载流子的输运,硅/HF界面电荷的输运以及溶液中物质的输运直接影响微通道结构的刻蚀结果。本论文从硅的基本性质出发,结合半导体能带理论以及电荷传递理论阐述了电化学刻蚀硅微通道过程中的输运原理;以n-型（100）晶向单晶硅为研究对象,设计实验,找出硅片中载流子的最佳激发波长为850nm,以磷离子注入工艺制备的欧姆接触层能产生更多的光生空穴,有利于腐蚀进行;以微通道几何结构建立模型,模拟微通道尖端结构对载流子的收集情况,发现载流子在尖端聚集,侧壁被钝化保护,使通道沿尖端方向生长;讨论硅/HF界面电荷输运及迁移和扩散引起的物质输运,以及两种类型输运的临界情况,通过改变电压,溶液浓度等实验参数,分析不同工艺条件对输运特性的影响。

关键词：硅微通道阵列电化学刻蚀输运特性光生空穴临界电流密度

碲掺杂钛酸锂负极材料的输运特性研究及其应用

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碲掺杂钛酸锂负极材料的输运特性研究及其应用

作者：肖潇河北大学

学位级别：硕士

尖晶石型LiTiO(LTO)具有循环稳定性优异、零体积膨胀、电压平台稳定(1.55 V vs Li/Li)、安全系数高和成本低廉等特性,被认为是最具有竞争力的新型储能材料之一。但LiTiO较低的离子电导率和电子电导率严重制约着其在高倍率下的充放电性... 详细信息

尖晶石型LiTiO(LTO)具有循环稳定性优异、零体积膨胀、电压平台稳定(1.55 V vs Li/Li)、安全系数高和成本低廉等特性,被认为是最具有竞争力的新型储能材料之一。但LiTiO较低的离子电导率和电子电导率严重制约着其在高倍率下的充放电性能。本论文利用球磨辅助固相法制备掺杂改性的LiTiO负极材料,并通过Te元素掺杂来改善LTO负极材料的输运特性,进一步提高其电化学特性。首先基于密度泛函理论,对Te掺杂前后LiTiO进行了第一性原理计算。结果发现,Te掺杂增大了LiTiO的晶格参数和晶胞体积,这有利于扩大锂离子的传输通道。态密度分析表明Te原子的引入调整了LiTiTeO态密度的分布,在禁带中出现了O-2p轨道电子、Ti-3d轨道电子和Te-5s轨道电子杂化后形成的杂质能级。其中,LiTiTeO在+2.13 e V引入了施主杂质能级,而LiTiTeO在+0.59 e V出现施主杂质能级和在-0.21 e V出现受主杂质能级。采用固相法制备了LiTiTeO负极材料,系统研究了Te掺杂对LiTiO的影响。XRD分析表明,Te掺杂前后的样品均为尖晶石结构。输运特性测试表明,LiTiTeO样品的离子电导率为2.20×10S·cm,电子电导率为2.40×10S·cm。理论分析与实验均表明,Te掺杂一定程度上改善了LiTiO的输运特性。半电池条件下LiTiTeO样品在0.1 C倍率下首次放电比容量为171.67 m Ah·g,5 C倍率下的初始放电比容量为146.13 m Ah·g,循环100次后的容量保持率为98.2%。在10 C倍率下放电比容量可以达到120.25 m Ah·g。CV和EIS测试结果显示,LiTiTeO表现出较小的电位差和较低的电荷转移阻抗。全电池测试发现,在1 C倍率下LiCoO/LiTiTeO全电池循环400圈后的比容量为141.30m Ah·g,容量保持率为92.8%,Li Fe PO/LiTiTeO全电池体系在1 C倍率下进行400次循环后的比容量为116.58 m Ah·g,容量保持率为89.8%。以上结果表明LiTiTeO与LiCoO和LiFePO匹配成的全电池体系有良好的电化学性能。

关键词：负极材料钛酸锂 Te掺杂输运特性

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氮化镓高压光电导材料输运特性的研究

氮化镓高压光电导材料输运特性的研究

作者：牛钰西安理工大学

学位级别：硕士

氮化镓(GaN)材料的研究与应用是目前半导体研究的前沿和热点。第三代宽禁带半导体材料氮化镓具有高电子漂移速度、临界击穿场强大、高热导率、介电常数小和良好的化学稳定性等突出优点,满足高电压、高功率、高频率、高温度、高线性和高... 详细信息

氮化镓(GaN)材料的研究与应用是目前半导体研究的前沿和热点。第三代宽禁带半导体材料氮化镓具有高电子漂移速度、临界击穿场强大、高热导率、介电常数小和良好的化学稳定性等突出优点,满足高电压、高功率、高频率、高温度、高线性和高效率半导体器件的工作要求,在光电子器件和发光器件的制备与研制方面具有广泛的应用前景和研究价值。半导体中载流子输运特性的重要参数是控制微电子器件质量、性能和可靠性的关键参数,因此研究氮化镓材料中载流子的输运性质、解析材料的物理散射机制,对于改善氮化镓基半导体器件具有非常重要的意义。本文采用多粒子蒙特卡罗模拟了300K温度下氮化镓高压光电导材料中光生载流子的输运特性。计算中假定材料的电离杂质浓度为1×1016cm-3,高斯光脉冲的波长为532nm,其对应的光子能量为2.33eV,满足双光子吸收的基本条件。能带结构采用包括主能谷Γ1和两个卫星能谷(Γ2、L-M)的三能谷模型,考虑了六种在半导体输运特性中起重要作用的散射机制:按弹性散射处理的电离杂质散射、声学波压电散射和声学波形变势散射;按非弹性散射处理的极性光学波散射、光学波形变势散射和谷间散射。通过对物理模型及与能带结构和散射机制相关参数的选取、适当的电场调节时间步长的选择、光生载流子的初始分布、自由飞行和散射的处理以及电荷分配和电场计算等主要模拟流程对氮化镓高压光电导材料中光生载流子的输运特性进行了研究。通过对不同外加电场下,氮化镓高压光电导材料中光生载流子的平均漂移速度-时间关系的研究发现:光生载流子的漂移速度在外加电场为200kV/cm时表现出过冲现象,峰值速度达到4.8×107cm/s;当外加电场为300kV/cm时,光生载流子的漂移速度出现非常明显的过冲现象,峰值速度可达到7.4×107cm/s。外加电场越大,光生载流子的漂移速度增大的越快,最终的稳态漂移速度也越大。不同外加电场作用下,氮化镓中光生载流子的稳态漂移速度远小于瞬态漂移速度,说明材料的输运特性主要受瞬态输运的影响。通过对不同外加电场作用下,氮化镓高压光电导材料中光生载流子在各个能谷的占有率和平均能量的研究发现:当外加电场为300kV/cm时大多数光生载流子跃迁到第一卫星能谷Γ2,当外加电场增大到500kV/cm时大多数光生载流子跃迁到更高的第二卫星能谷L-M,光生载流子在外加电场作用下获得足够的能量从主能谷向卫星能谷的不等价谷间跃迁导致负微分迁移率效应。此外,卫星能谷更大的有效质量和能带的非抛物性也会对负微分迀移率产生相应的影响。

关键词： GaN晶体输运特性散射机制蒙特卡罗模拟

热光伏电池p-n结的能量转换与输运特性分析

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热光伏电池p-n结的能量转换与输运特性分析

作者：王新哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

热光伏是一种新型静态热-电转换技术，将高温热源的辐射能通过半导体电池的光伏效应直接转换为电能，具有高效率、高可靠性、无运动部件、低噪音等特点。针对热光伏系统中的核心元件—半导体电池，本文开展了电池内 p-n结的能量转换与... 详细信息

热光伏是一种新型静态热-电转换技术，将高温热源的辐射能通过半导体电池的光伏效应直接转换为电能，具有高效率、高可靠性、无运动部件、低噪音等特点。针对热光伏系统中的核心元件—半导体电池，本文开展了电池内 p-n结的能量转换与输运过程机理和特性规律研究，建立了基于载流子动力学的多物理场耦合数值模拟方法，分析了电池 p-n 结内光、电、热能量转换机制，探究了外部辐射源、p-n 结厚度、材料掺杂及工作温度等因素对电池输出性能的影响规律。　　基于载流子动力学理论，构建了 Ⅲ-Ⅴ族窄带隙半导体电池 p-n 结的光-电转换分析模型和方法，采用COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟，并进行可靠性验证。针对GaSb热光伏电池，分析了光-电转换性能及其影响因素。通过光吸收与载流子输运的模拟计算，获得了电池 p-n 结工作过程中内部光子能量分布信息和载流子微观输运特性;进一步探究了入射辐射光谱、功率密度、黑体辐射源温度、理想光谱选择性发射率、电池 p-n 结各层厚度、半导体掺杂浓度的影响规律。同时，对比分析了四元组分In0.16Ga0.84As0.14Sb0.86热光伏电池与 GaSb 热光伏电池的性能参数，并构建了 GaSb/In0.16Ga0.84As0.14Sb0.86双结热光伏电池分析模型。研究表明，2000 K的高温黑体辐射条件下，双结电池的最大输出电功率密度为GaSb子电池的1.73倍。　　基于上述光-电转换模型，进一步构建了半导体电池 p-n 结的光-电-热多场耦合分析模型，研究了 GaSb 热光伏电池的产热分布、温度特性以及工作温度对电池性能的影响规律。分析了电池内热化热、焦耳热、体复合热等6类热损失的空间分布特征。结果表明，载流子生成时产生的热化热和输运过程中产生的焦耳热分别占输入能量的25.38%和20.07%。，且在整个电池厚度方向分布不均匀。在最大输出电功率密度所对应的电压下工作下，电池产热量最少且温度最低。电池自身温度升高导致其效率降低，而温度梯度对电池性能无显著影响。最后，考虑半导体材料物性参数的温度依赖性，分别讨论了带隙宽度、光谱吸收系数、载流子迁移率、有效态密度等参数随温度变化对电池性能的影响。

关键词：热光伏电池 p-n结载流子动力学能量转换输运特性

基于WS2/二维金属范德华异质结电输运特性理论研究

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基于WS2/二维金属范德华异质结电输运特性理论研究

作者：窦昊运齐鲁工业大学

学位级别：硕士

石墨烯的出现掀起了人们对新型材料的研究热潮。二维(2D)材料被各国科学家们发现或合成,如黑磷(BP)、氮化硼(BN)、过渡金属碳化物(TMC)、过渡金属二硫化物(TMD)等。WS、MoS都是典型的二维材料,能带中存在一定的带隙,可以代替传统三维半... 详细信息

石墨烯的出现掀起了人们对新型材料的研究热潮。二维(2D)材料被各国科学家们发现或合成,如黑磷(BP)、氮化硼(BN)、过渡金属碳化物(TMC)、过渡金属二硫化物(TMD)等。WS、MoS都是典型的二维材料,能带中存在一定的带隙,可以代替传统三维半导体。在实际应用中,许多因素会影响器件的性能。如2D半导体与电极接触时会形成肖特基势垒,对制备的电子器件产生不利影响;2D半导体与电极接触时会产生隧穿势垒,也是阻碍器件实际应用的重要因素。为解决上述问题,本文采用第一性原理计算,详细地分析了对于不同电极材料与WS构成异质结的接触性质、基于WS构建的双电极体系的电输运特性、研究了1T’/2H MoS异相结的接触性质并对其进行了有效调控。具体研究内容如下:1.基于上述2D半导体与电极接触时出现的问题,开展了对Graphene/MC(M=Cd,Hg,Zn)与2D WS形成范德华异质结的研究。采用第一性原理计算方法研究了使用Graphene/MC做电极时与2D WS形成范德华异质结的接触性质。当WS/石墨烯形成范德华异质结时,两种材料的固有性质可以很好的保持;MC/WS范德华异质结的费米能级处出现了混合态,影响了材料固有性质。Graphene/MC与WS形成了n型肖特基接触,对ZnC/WS双电极体系进行评估,体系形成n型接触。上述研究为制作n型WS半导体器件提供了理论指导。2.基于Graphene/MC与WS存在接触势垒较大的问题,开展了使用金属性过渡金属二硫化物XA(X=V,Nb,Ta;A=S,Se)与二维WS形成范德华异质结的研究。研究发现WS/XA范德华异质结可以很好的保持两种材料的固有性质。XA与WS形成了p型肖特基接触,有趣的是,当VSe被选作电极时,其双电极体系评估为n型接触。VS,NbS和TaS作为电极时,载流子极性没有改变,双电极体系评估仍为p型接触。在电输运计算中,所有体系的肖特基势垒(SBH)出现明显增加。此研究有效降低了肖特基势垒,并提供了制备p型WS半导体器件的理论思路。3.基于二维材料的多相性,开展了1T’/2H MoS异相结接触性质的研究。发现异相结的界面势垒并不均匀,界面局部出现了低于层间间隙势垒的区域电势,这些区域的出现为电子传输提供路径。通过吸附多种金属性原子或者施加应力来调控1T’/2H MoS异相结接触界面的肖特基势垒,两种方法都可以将肖特基接触转变为欧姆接触,并且施加应力可以拓宽低于平均势垒区域面积。此研究计算出影响1T’/2H MoS异相结的两个主要势垒,并成功对其进行调控,为实际调控材料接触势垒提供了理论借鉴。

关键词：二维材料第一性原理电子结构输运特性

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二维材料平面异质结及其输运特性的研究

二维材料平面异质结及其输运特性的研究

作者：李志强电子科技大学

学位级别：硕士

二维材料由于其独特的电子和光学特性,成为材料研究的热点。同时,基于各种二维材料,各种二维异质结也被构造了出来,许多新颖的二维异质结结构和电子特性得以发现。二维异质结可以分为两类,一类是通过机械转移等方法,将单层二维材料层层... 详细信息

二维材料由于其独特的电子和光学特性,成为材料研究的热点。同时,基于各种二维材料,各种二维异质结也被构造了出来,许多新颖的二维异质结结构和电子特性得以发现。二维异质结可以分为两类,一类是通过机械转移等方法,将单层二维材料层层堆叠起来合成的,称为二维纵向异质结;另外一类是通过直接合成的,无缝拼接的,单原子平面的二维横向异质结。二维纵向异质结由于工艺上较为简单,已经得到了广泛的研究。而二维横向异质结,尽管实验上难以合成,但其在原子面内通过共价键结合,容易平面集成等优点,同样吸引着人们进行研究。本论文运用第一性原理研究了不同纳米孔和不同纳米孔阵列对于单层石墨烯电子特性的调制,接着讨论了其能够形成的新型二维横向异质结;然后,采用非平衡格林函数,研究了六角纳米孔及六角纳米孔阵列石墨烯器件的输运特性。研究内容如下:首先,总结了二维异质结实验合成和特性研究的现状,介绍了二维异质结在电子和光电器件方面的广泛运用。并且阐明了二维横向异质结相比二维纵向异质结所具有的研究价值。然后,基于单层石墨烯材料研究了通过引入不同纳米孔的方式对单层石墨烯进行调制的方法。通过和纯石墨烯纳米带对比,发现纳米孔对于石墨烯纳米带电子特性较好的调制作用,以及不同形状的纳米孔对石墨烯纳米带电子特性具有不同的调制作用。接着,讨论了六角纳米孔阵列对于石墨烯纳米带电子特性的调制。发现不同纳米孔阵列对于纳米带有不同的调制作用。不同于传统的GNM,纳米孔阵列(图案)和纳米带宽度共同影响纳米带的电子特性,其带隙依然保持振荡的趋势。通过改变纳米孔阵列图案和纳米孔对称性能调制其电子特性。接着基于这些调制方式,计算了不同纳米孔纳米带的带阶匹配。发现通过引入不同的纳米孔能够实现第II类的带阶匹配,并且不同纳米带宽度对于纳米孔纳米带的能带匹配具有清晰的影响。即使有相同的纳米孔不同宽度纳米带,能带匹配类型也会发生改变。不同六角纳米孔阵列调制的纳米带也得到了讨论,六角纳米孔阵列纳米带同宽度调制的石墨烯纳米带类似,只实现了第I类的带阶匹配。然后,也讨论了N和B掺杂形成的第III类带阶匹配的纳米带异质结。不同带阶匹配的纳米带异质结丰富了石墨烯器件的可调性,促进了石墨烯纳米带器件的潜在运用。最后,基于非平衡格林函数,探究了石墨烯六角纳米孔器件的输运特性。首先讨论了采用石墨烯作为电极的不同纳米孔阵列(图案)的石墨烯器件的输运特性,发现不同纳米孔阵列对于器件输运特性有一定影响,但即使采用不同纳米孔阵列,这类器件的整流比都很小。接着,讨论了石墨烯纳米孔和石墨烯作为电极的器件的输运特性,发现采用纳米孔作为电极其整流特性较为明显;增加中间区的长度和改用纳米孔阵列(图案)作为电极,其整流特性能得到很大的提升。这些输运机制的探究,为纳米孔调制和构建纳米孔器件提供了参考。

关键词：二维异质结纳米孔纳米孔阵列石墨烯异质结输运特性

CoFeMnSi柔性薄膜磁性及输运特性的研究

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CoFeMnSi柔性薄膜磁性及输运特性的研究

作者：辛方晴西安理工大学

学位级别：硕士

可穿戴柔性电子元器件在传感、显示、医疗、存储等领域具有重要的应用前景,其核心之一为当中的磁性元器件。因而研究磁性材料的柔性化即在弯曲环境或应力/应变状态下的物理性能变化具有重要的意义。作为传感元器件,我们期望其物理性能... 详细信息

可穿戴柔性电子元器件在传感、显示、医疗、存储等领域具有重要的应用前景,其核心之一为当中的磁性元器件。因而研究磁性材料的柔性化即在弯曲环境或应力/应变状态下的物理性能变化具有重要的意义。作为传感元器件,我们期望其物理性能对应力/应变状态敏感度高;而作为存储、显示等元器件,我们又期望其性能具有很好的稳定性。因此,本论文选择Heusler自旋零带隙半导体（SGS）CoFeMnSi磁性合金为研究对象,采用磁控溅射技术制备CoFeMnSi柔性薄膜,在掌握本征特性基础上,实现应力/应变对薄膜磁性及输运特性的调控。随后针对减弱柔性薄膜磁性对应力/应变的敏感性,通过插入二维层状材料获得对应变不敏感的Ti3C2/CoFeMnSi薄膜结构,并分析其内在的物理规律。具体内容如下:首先选用兼具表面粗糙度小、耐高温等优点的氟金云母（F-mica）为衬底,制备具有部分有序L21结构的300℃退火态F-mica/CoFeMnSi多晶薄膜。本征特性研究表明:利用布洛赫定律拟合得出10 nm薄膜在0 K温度下Ms约为3.5μB,80-300 K温区内呈类半导体输运特性;300 K时电导率σxx和载流子浓度ni的测试值证实了自旋零带隙半导体特性。此后通过机械剥离衬底获得柔性薄膜以探究拉伸应变对薄膜物理特性的影响规律。弯曲输运特性结果表明:拉伸应变显著改变薄膜能带结构和矫顽力（Hc）,10 nm薄膜弯曲后在225 K时出现类半导体-金属转变点。在最大的弯曲程度下（1%拉伸应变）,其Hc增量可高达440%。随后基于上述柔性薄膜获取方法的特殊性及局限性,选用广泛应用的铝箔（AF）作为衬底制备同样结构薄膜,系统探究拉伸应变以及压缩应变对薄膜磁性的影响规律。弯曲磁特性结果表明:弯曲同样使得Hc增大,同时薄膜的磁各向异性发生变化,即拉伸应变使得薄膜面内磁化更难饱和,而压缩应变使得薄膜面内磁化更容易饱和。300℃退火态AF/CoFeMnSi（10 nm）薄膜面内剩磁比（Mr/Ms）可以由0.67（初始平膜状态）调谐为0.46（0.5%拉伸应变）和0.91（0.5%压缩应变）。当薄膜弯曲后再次展平时,部分残余应力对畴壁位移产生阻碍作用,表现为经弯曲后再次进行平膜测试的曲线不能与初始曲线完全重合。基于上述对柔性薄膜磁性的理解,通过在金属铝箔表面涂覆二维层状Ti3C2缓冲层制备AF/Ti3C2/CoFeMnSi磁性薄膜结构,显著降低了薄膜磁性对应力/应变的敏感度,且弯曲后残余应力的影响也明显降低。弯曲实验结果表明:300℃退火态AF/Ti3C2/CoFeMnSi薄膜在应力/应变状态下Hc基本保持不变,Mr/Ms增减趋势变缓,其十次弯曲后性能稳定。

关键词：柔性薄膜自旋零带隙半导体应力/应变磁性输运特性

低维纳米结构的态密度及输运特性的数值计算研究

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低维纳米结构的态密度及输运特性的数值计算研究

作者：程霄东华大学

学位级别：硕士

低维材料的态密度与输运特性研究是表征固态材料和器件的重要手段。本论文首先利用时间演化方法研究了一维原子链和石墨烯纳米带的态密度，比较了不同时间演化算法的计算效率，为后续大尺寸材料的态密度研究奠定了基础;我们还利用散射... 详细信息

低维材料的态密度与输运特性研究是表征固态材料和器件的重要手段。本论文首先利用时间演化方法研究了一维原子链和石墨烯纳米带的态密度，比较了不同时间演化算法的计算效率，为后续大尺寸材料的态密度研究奠定了基础;我们还利用散射矩阵方法研究了含马约拉纳束缚态的T型结构的输运特性，以用于表征马约拉纳束缚态。本文的主要的研究结果如下：计算能态密度的传统方法依赖于静态哈密顿量的性质。但是，对于自由度较大的固态材料，这一方法的计算量非常巨大，在实际应用中有很大的局限性。本论文采用时间演化方法，通过计算波函数的时间演化性质，研究了低维材料的态密度性质。相比静态哈密顿方法而言，这一方法的计算量大大降低，其计算复杂度随着系统尺度线性增加。我们将这一方法应用在一维原子链结构，研究其态密度的性质，并比较了两种时间演化算法：切比雪夫方法和Crank-Nicolson方法。结果表明，切比雪夫方法的计算效率更高。这为后续大尺度材料的能态密度分析提供了参考依据，并为低维结构的光电导等物理性质的计算奠定了基础。其后，我们将这一方法用于石墨烯纳米带结构，讨论了石墨烯纳米带的态密度，分析带宽、带长和安德森无序等因素对态密度的影响。最近的研究中，马约拉纳束缚态受到了物理学界的广泛关注。在纳米结构中寻找马约拉纳束缚态是近期凝聚态研究的热点。马约拉纳束缚态是一类特殊的粒子，其反粒子就是它自身。在凝聚态材料中，马约拉纳束缚态能够以准粒子的形式存在。理论预言马约拉纳束缚态可以在一维半导体纳米线中存在。相关实验结果也定性的与理论预言一致。但是，零偏压电导峰的定量大小与理论预言依然存在较大的差异，所以，这一实验证据的物理起源仍然存在大量争论。因此，探索马约拉纳束缚态的特征输运性质是当前理论研究的重要课题。针对此课题，我们研究了含马约拉纳束缚态的T型结构的输运特性，采用散射矩阵方法推导出了微分电导的峰值与零温时散粒噪声Fano因子的关系式。研究表明，微分电导的峰值和零偏压时的散粒噪声Fano因子具备线性关系，这一普适结果与马约拉纳束缚态和左右两端电极的耦合强度的相对大小无关。这一特点在不需要考虑耦合细节的条件下为探测马约拉纳束缚态提供了思路。

关键词：紧束缚模型石墨烯纳米带马约拉纳束缚态态密度输运特性