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氧化硅层厚度对Si/SiO_(2)界面电子态结构与光学性质的影响

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光子学报 2023年第1期52卷 220-231页

作者：王安琛黄忠梅黄伟其张茜刘淳王梓霖王可刘世荣贵州大学材料与冶金学院纳米光子物理研究所贵阳550025 海南师范大学物理与电子工程学院海口571158 中国科学院地球化学研究所环境化学国家重点实验室贵阳550003 复旦大学表面物理国家重点实验室微纳光子结构教育部重点实验室上海200433

在氧化硅上生长纳米硅晶,保持氧化硅的直接带隙结构,降低其能带带隙,以用于发光和光伏。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了块体α-方石英、薄膜α-方石英、Si/SiO_(2)界面的电子态结构和Si/SiO_(2)界面的光学性质。结果显示,其均... 详细信息

在氧化硅上生长纳米硅晶,保持氧化硅的直接带隙结构,降低其能带带隙,以用于发光和光伏。采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了块体α-方石英、薄膜α-方石英、Si/SiO_(2)界面的电子态结构和Si/SiO_(2)界面的光学性质。结果显示,其均为直接带隙半导体,当薄膜α-方石英厚度和Si/SiO_(2)界面氧化硅层厚度逐渐减小时,能带带隙均逐渐变大,表现出明显的量子限制效应。光学性质计算结果表明:Si/SiO_(2)界面虚部介电峰和吸收峰的峰值随氧化硅层厚度降低而显著升高,且峰位向高能量方向蓝移。使用脉冲激光沉积制备了氧化硅上硅晶薄膜,测量了Si/SiO_(2)界面样品的PL光谱,在670 nm处存在一个强的发光峰,在波长超过830 nm后,Si/SiO_(2)界面样品的发光强度不断升高。因此,可以通过控制Si/SiO_(2)界面氧化硅层厚度有效地调控Si/SiO_(2)界面的电子态结构和光学性质,引进边缘电子态,调控其带隙进入1~2 eV区间,获取硅基发光材料。

关键词：第一性原理电子态结构直接带隙光致发光

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C_(60)分子电子态结构的实验研究

科学通报 1997年第18期42卷 1954-1957页

作者：赵明山代作晓李国华曲阜师范大学物理工程学院曲阜273165

C_(60)分子的电子态结构是理解C_(60)及其家族的相关物理化学性质的基础,也是人们感兴趣的研究焦点之一. 实验上,人们利用吸收光谱研究C_(60)电子态结构已有许多报道.然而,由于C_(60)分子的HOMO与LUMO间跃迁的禁戒特征和振动带存在的影... 详细信息

C_(60)分子的电子态结构是理解C_(60)及其家族的相关物理化学性质的基础,也是人们感兴趣的研究焦点之一. 实验上,人们利用吸收光谱研究C_(60)电子态结构已有许多报道.然而,由于C_(60)分子的HOMO与LUMO间跃迁的禁戒特征和振动带存在的影响,常规吸收光谱给出的相关实验数据存在一定的非完整性,如难以直接给出HOMO与LUMO之能隙.虽然利用光电发射谱和光电子谱曾给出了能隙参数,但实验数据差别较大,且样品形态各自不同.本文利用常规吸收光谱和三阶微商吸收光谱,通过对C_(60)分子吸收跃迁峰和振动结构的指认分析,同时确定了各跃迁能量及能隙,给出了在HOMO和LUMO附近同一样品形态的C_(60)电子态跃迁的较完整的能量参数,为C_(60)分子电子态结构的理论研究提供了完整、可靠的实验数据.

关键词：吸收光谱碳60 电子态结构

温度和掺杂浓度对delta掺杂GaAs量子阱电子态结构和子带间光学吸收的影响

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南京师大学报（自然科学版） 2014年第4期37卷 51-58页

作者：赵恒飞杨双波南京师范大学物理科学与技术学院南京210023

在有效质量近似下,通过自洽计算求解薛定谔方程和泊松方程,得到了温度不为零时Siδ掺杂的Ga As量子阱系统的电子态结构.研究了温度和掺杂浓度对系统子带能量、费米能级、电子密度分布和子带间光学吸收系数的影响.发现在一定的掺杂浓度下... 详细信息

在有效质量近似下,通过自洽计算求解薛定谔方程和泊松方程,得到了温度不为零时Siδ掺杂的Ga As量子阱系统的电子态结构.研究了温度和掺杂浓度对系统子带能量、费米能级、电子密度分布和子带间光学吸收系数的影响.发现在一定的掺杂浓度下,费米能级会随着温度的升高而降低,子带间入射光总的吸收系数随温度升高而降低;在温度一定时,费米能级和子带能级随掺杂浓度的增大而增大,子带间入射光总吸收系数随掺杂浓度增大而增大.

关键词： GaAs量子阱入射光吸收系数温度掺杂浓度电子态结构

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GuC和CuN电子态结构的MRCI计算

GuC和CuN电子态结构的MRCI计算

作者：刘超曲阜师范大学

学位级别：硕士

应用ORCA程序提供的高精度从头算方法-多参考组态相互作用(MRCI),考虑了Davidson修正(+Q),开展了过渡金属Cu原子与主族元素C和N构成的双原子化合物的电子态结构计算。在获得基态和若干较低激发态完整势能曲线(PECs)的基础上,通过求解分... 详细信息

应用ORCA程序提供的高精度从头算方法-多参考组态相互作用(MRCI),考虑了Davidson修正(+Q),开展了过渡金属Cu原子与主族元素C和N构成的双原子化合物的电子态结构计算。在获得基态和若干较低激发态完整势能曲线(PECs)的基础上,通过求解分子的径向薛定谔方程,分析得到各束缚电子态的特性参数及光谱学常数等重要信息。在对CuC电子态结构的MRCI+Q计算中,在核间距R= 0.04 nm～0.54 nm的变化范围内,获得了对应CuC离解极限Cu(2Sg )+C(3pg)的4个电子态2∑-,2Π,4∑-和4Π势能曲线。计算表明,CuC的基态为4∑-,但激发态2Π的激发能很小。4个态均表现为束缚态,且很好的趋向于同一离解极限,与分子群论推断的结果完全一致。通过PECs,直接得到所有束缚态的平衡核间距Re、绝热激发能Te和离解能De。利用PECs计算所得数值作为势函数求解Schrodinger方程,得到各束缚电子态的所有振动能级。设定径向积分的网眼为0.0001 nm,并将积分区域外推至0.04nm～0.99nm,得到4个束缚态4∑-,2Π,2∑-和4Π各有50,46,25和6个振动能级。通过拟合振动能级及转动常数,得出4E-,2Π,2∑-和4Π的谐振频率ωe分别是542.4 cm-1,562.7 cm-1,469.7 cm-1和569.1 cm-1;非谐性常数ωexe分别是3.77 cm-1,5.69 cm-1,10.68 cm-1和23.29 cm-1。在对CuN电子态结构的MRCI+Q计算中,对CuN较低的8个电子态(x3∑-,13∏, 23∑-,13△, 11△, 11∑-,11∏和5∑-)的势能曲线进行了扫描计算,扫描的范围为R=0.1 nm-0.5nm,这8个电子态很好地趋向于Cu(2Sg)+N(4Su)和Cu(2Sg)+N(2Du)离解极限,这个结果与分子群论所预测的结果完全一致。其中除了5∑-态为明显的离解态和11△态存在一个局域极大值外,其余各态均为束缚态,并得到了各束缚态的平衡核间距、激发能、离解能等重要参数。基于计算得到的势能曲线数值,通过求解径向Schrodinger方程,获得了各束缚电子态所有可能的振动能级、转动常数(取转动量子数N=0),由数值拟合得出谐振频率、非谐性常数等光谱学参数。考虑到基态为自旋三重态X3∑-,为预测CuN可能的激发光谱,用MRCI方法计算了X3∑-、13∏和23∑-态的偶极矩随核间距的变化关系,并计算了23E--X3∑-和13Π-X3∑-跃迁偶极矩曲线及其Franck-Conden因子,其中23∑--X3∑-的跃迁偶极矩远大于13Π-X3∑跃迁,在R=0.25 nm达到峰值4.76Debye,是该处13Π-X3∑-跃迁偶极矩的9倍左右。

关键词： CuC CuN MRCI计算电子态结构势能曲线振动能级光谱常数

C_(60)溶液、孤立分子及薄膜形态电子态结构分析

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曲阜师范大学学报（自然科学版） 1998年第2期24卷 63-69页

作者：赵明山代作晓周军李国华曲阜师范大学激光所

系统地给出了Ｃ６０在固态薄膜及不同有机溶液形态下的常规吸收光谱和三阶微商吸收光谱，确定了各相关光学跃迁能量，并通过对可见区电子—振动光谱结构的指认分析，给出了有机溶液形态下Ｃ６０的能隙；基于Ｍａｘｗｅｌ＿Ｇａｒｎｅｔ... 详细信息

系统地给出了Ｃ６０在固态薄膜及不同有机溶液形态下的常规吸收光谱和三阶微商吸收光谱，确定了各相关光学跃迁能量，并通过对可见区电子—振动光谱结构的指认分析，给出了有机溶液形态下Ｃ６０的能隙；基于Ｍａｘｗｅｌ＿Ｇａｒｎｅｔ有效介质模型理论，由不同有机溶剂形态下Ｃ６０电子态能级结构参数外推获得了Ｃ６０孤立分子的本征电子态能级结构参数，从而为详细了解和研究Ｃ６０分子不同形态下电子态结构的变化提供了较完整的实验数据．

关键词：电子态结构碳60溶液薄膜碳60孤立分子

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紫外光区S_2分子激光诱导荧光光谱

光谱学与光谱分析 2017年第9期37卷 2792-2798页

作者：王书龙向前兰赵冬梅马新文杨杰中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100039 咸阳师范学院陕西咸阳712000

利用真空脉冲放电超声射流气体束(H_2S/Ar^3%混合气体)的方法产生了气相S_2分子,并研究了30 400~34 400cm^(-1)范围内S_2分子的时间分辨和基态振动频率分辨的激光诱导荧光光谱,获得了184支谱带的高分辨率(0.1cm^(-1))和低分辨率(0.3cm^(... 详细信息

利用真空脉冲放电超声射流气体束(H_2S/Ar^3%混合气体)的方法产生了气相S_2分子,并研究了30 400~34 400cm^(-1)范围内S_2分子的时间分辨和基态振动频率分辨的激光诱导荧光光谱,获得了184支谱带的高分辨率(0.1cm^(-1))和低分辨率(0.3cm^(-1))转动光谱。实验观测并归属了S_2分子B_u^(Σ-)-X^3Σ_g^-和B″~3Π_u-X^3Σ_g^-共84支振动跃迁,分析得到了激发态B^3Σ_u^-态ν=0~9和B″~3Π_u态ν=2~12的分子常数以及B^3Σ_u^-态的基态平衡分子构型。由于S_2分子B^3Σ_u^-与B″~3Π_u态之间存在微扰,这两个电子激发态的振动能级间隔、自旋分裂常数和自旋-轨道分裂常数变化不规律,转动跃迁强度和跃迁选择定则存在异常,利用~3Σ-~3Π的齐次微扰哈密顿量定性地对这些异常光谱进行了解释,进一步丰富了S_2分子紫外区低能电子激发态的信息。

关键词： S2分子激光诱导荧光光谱低能量激发态电子态结构微扰

少层Te及单层WTe2薄膜的分子束外延生长及电子态表征

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少层Te及单层WTe2薄膜的分子束外延生长及电子态表征

作者：张海民华东师范大学

学位级别：硕士

二碲化钨(WTe)是过渡金属硫族化合物(TMDs)中的一员,有着众多新奇的物理效应。WTe的体材料是一种外尔半金属,有巨大的磁阻效应。而在超薄WTe薄膜中更是有着包括拓扑、非线性霍尔效应、超导、激子绝缘体以及电子与电子相互作用等奇异现... 详细信息

二碲化钨(WTe)是过渡金属硫族化合物(TMDs)中的一员,有着众多新奇的物理效应。WTe的体材料是一种外尔半金属,有巨大的磁阻效应。而在超薄WTe薄膜中更是有着包括拓扑、非线性霍尔效应、超导、激子绝缘体以及电子与电子相互作用等奇异现象。目前所有输运实验研究的样品都是通过解离WTe晶体获得,而在薄膜生长方面还存在相当大的困难,主要在于单层薄膜覆盖度较低以及薄膜表面会存在大量团簇等等。为了优化WTe薄膜的生长,我们首先探索了碲(Te)薄膜在钛酸锶衬底上的生长模式,首次获得了少层均一厚度且接近满覆盖的Te薄膜,并在此基础上研究了Te缓冲层对单层WTe薄膜分子束外延生长的影响。我们的主要研究内容及成果可概括为以下两个方面:第一、我们在钛酸锶衬底上成功生长出平整且满覆盖度的少层Te薄膜。我们探究了Te薄膜的生长动力学行为,利用低温生长以及快速退火的手段来抑制Te团簇的大规模迁移,首次获得了平整且满覆盖度的少层Te薄膜,并发现只有在一定的厚度(3个单层)以上才会形成平整的薄膜。我们发现在钛酸锶衬底上形成的都是β-Te相结构,并且带隙接近其在石墨烯衬底上的两倍。第二、Te缓冲层可以提高钛酸锶衬底上WTe薄膜的覆盖度及W/Te的反应率。我们尝试在平整及覆盖度较高的Te薄膜上生长单层WTe薄膜,发现Te缓冲层的存在可以提高W和Te元素之间的反应率,极大的减少了薄膜表面无规则团簇的数量。我们生长的单层WTe薄膜接近满层,连续性较高,畴界处没有出现明显的畴界电子态特征,这为在输运上探测到WTe薄膜的量子自旋霍尔效应提供了重要的基础。

关键词：单层1T’-WTe2 少层Te 分子束外延扫描隧道显微镜电子态结构

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紫外光区S2分子激光诱导荧光光谱

紫外光区S2分子激光诱导荧光光谱

作者：王书龙中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

学位级别：硕士

S分子与O分子有类似的价电子结构,化学性质非常活泼,是含硫化合物燃烧过程中重要的中间产物。另外,S分子也广泛地存在于宇宙空间中,1995年哈勃望远镜在彗星扰动木星的过程中观测到S分子的发射光谱。可见,S分子的电子态结构研究对于空间... 详细信息

S分子与O分子有类似的价电子结构,化学性质非常活泼,是含硫化合物燃烧过程中重要的中间产物。另外,S分子也广泛地存在于宇宙空间中,1995年哈勃望远镜在彗星扰动木星的过程中观测到S分子的发射光谱。可见,S分子的电子态结构研究对于空间科学和大气环境科学具有重要的意义。到目前为止,已经有很多实验细致研究了S分子BΣ态和B′′Π态的能级结构以及之间的微扰,但是对紫外光区全面的振转分辨光谱的认识依然不够清晰。本文利用真空脉冲放电超声射流气体束的方法产生了气相S分子,并研究了30400-34400 cm-1范围内S分子的时间分辨和基态振动频率分辨的激光诱导荧光光谱,获得了184支谱带的高分辨率(0.1 cm-1)和低分辨率(0.3 cm-1)转动光谱。实验观测并归属了S分子BΣ-XΣg-3和B′Π-XΣg-3共84支振动跃迁,分析得到了激发态BΣ态v=0-9和B′′Π态v=2-12振动能级的分子常数以及BΣ态的平衡分子构型。S分子的BΣ与B′′Π态之间存在强烈的微扰,其振动能级间隔、自旋分裂常数和自旋-轨道分裂常数变化不规律,转动跃迁强度和跃迁选择定则存在异常,我们利用Σ-Π3 3齐次微扰哈密顿量定性的对这些异常的光谱进行了定性解释。例如,由于受到B′′Π态的微扰,BΣ态v=0,2,4,6振动能级自旋分裂常数为负值,v=1,3,5振动能级自旋分裂常数为正值。另外,B′′Π态中Π0 3组份与BΣ态中Σ0 3组份的相互作用仅限于能级e宇称的情况,因此向B′′Π态Π0 3组份跃迁的谱线中,P11和R11支跃迁可以“借”到足够的强度,可观测到对应光谱,而Q11支跃迁则因为对应下态转动能级为f宇称,在实验中几乎观测不到。总之,实验得到的丰富的振转动分辨光谱,配合微扰理论分析,进一步加深了对S分子紫外光区低能激发态电子结构的认识。

关键词： S2分子激光诱导荧光光谱低能量激发态电子态结构 3Σ-3Π微扰

含碳、氮、氧自由基分子非线性光学性质的计算研究

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含碳、氮、氧自由基分子非线性光学性质的计算研究

作者：孙晓娜东北师范大学

学位级别：硕士

非线性光学(NLO)材料在现代激光技术、光学通信、数据存储和光信号处理等方面具有广阔的应用前景,合成具有较大非线性光学系数的材料是当前十分热门的课题。随着量子化学理论和计算机技术的迅速发展,可通过精确的计算,给出分子结构影响... 详细信息

非线性光学(NLO)材料在现代激光技术、光学通信、数据存储和光信号处理等方面具有广阔的应用前景,合成具有较大非线性光学系数的材料是当前十分热门的课题。随着量子化学理论和计算机技术的迅速发展,可通过精确的计算,给出分子结构影响其光学性质的信息,在理论上提供了分子设计的可能性。近年来,对有机开壳层体系的开拓性研究已经取得了一些进展,Nakano等人在这方面开展了系列研究工作,报道了开壳层体系自旋多重度、自由基耦合特征以及电子相关等对NLO系数的影响。已有的基础研究表明,有机自由基体系有望成为具有良好NLO性质的备选材料,同时自旋态变化构成了体系额外的自由度,通过调整自旋多重度可以改变体系的性质。本文采用量子化学计算方法,并结合有限场方法对含有碳、氮、氧的自由基体系进行NLO性质的计算研究,同时对分子的构象、电子态结构等与NLO性质的关系进行了探讨。研究结果如下:(1)运用密度泛函理论(DFT) UB3LYP和有限场(FF)方法,探讨了6,6′-二氧-3,3′-二四联氮自由基及其衍生物构象变化对非线性光学性质的影响,分析了自由基分子极化率、二阶超极化率对构象、自旋多重度的依赖关系。结果表明,自由基间表现为反铁磁性耦合。各体系单三态不同构象时极化率α值的变化很小,且不同构象时单重态的α值都大于三重态。不同的取代基R,对体系的构型、极化率和二阶超极化率的影响也不同。(2)采用从头算和密度泛函理论方法讨论了四氢吡咯双自由基不同电子态的几何构型和稳定性,结合有限场方法,计算了四氢吡咯双自由基不同电子态的极化率和超极化率。结果表明四氢吡咯双自由基体系单重态为稳定基态,极化率的顺序为αs(singlet)>αs(triplet)>αs(close),一阶超极化率值为βtot(close)>βtot(singlet)>βtot(triplet),二阶超极化率的顺序与极化率相同。对四氢吡咯双自由基其他两个等电子双自由基体系的计算表明,这些等电子体系的极化率、超极化率值接近。

关键词：自由基构象电子态结构等电子体系 NLO性质