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黑磷/黑砷异质结纳米器件热电性质应力调控研究

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原子与分子物理学报 2025年第1期42卷 69-74页

作者：戎杙邱乙峰张蓓新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

探索新型高性能低维热电纳米材料已成为国家重大发展策略.论文采用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了由黑磷、黑砷纳米带构建异质结构在2%、4%、6%和8%四种拉伸应变作用下热电性能调控机理.研究结果表明,6%拉伸应变较其他情形... 详细信息

探索新型高性能低维热电纳米材料已成为国家重大发展策略.论文采用密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究了由黑磷、黑砷纳米带构建异质结构在2%、4%、6%和8%四种拉伸应变作用下热电性能调控机理.研究结果表明,6%拉伸应变较其他情形,能够更有效抑制声子输运行为;与此同时,拉伸应变对于器件的电子输运的调控效果并不明显.在费米能附近,黑磷/黑砷异质结纳米器件在6%拉伸应变调控下热电优值达到最大值2.31.

关键词：黑磷黑砷异质结应力热电性质

基于石墨烯电极TCNQ分子结热/电输运性质理论研究

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原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 135-140页

作者：刘仪伟邱乙峰张蓓新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

本文采用密度泛函理论和非格林平衡函数,对基于石墨烯电极的7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷(Tetracyanoquinodimethane,TCNQ)分子结热/电输运性质进行系统研究.研究结果表明:随着中心TCNQ分子个数的增加,声子透射系数明显降低,即声子透射行... 详细信息

本文采用密度泛函理论和非格林平衡函数,对基于石墨烯电极的7,7,8,8-四氰基苯醌二甲烷(Tetracyanoquinodimethane,TCNQ)分子结热/电输运性质进行系统研究.研究结果表明:随着中心TCNQ分子个数的增加,声子透射系数明显降低,即声子透射行为受到极大抑制.与此同时,电子透射系数也有一定程度的减小.在热/电参数的协同作用下,伴随分子数量的增加分子结热电转换性能呈上升趋势,1TCNQ热电优值(ZT)为0.016,而2TCNQ则上升了1个数量级,ZT值达到0.11.最后,我们对分子结依赖于分子结构个数的自旋输运性质进行研究,发现TCNQ分子结具有显著的自旋过滤效应,其过滤能力随着TCNQ分子数量的增加而增加.该工作可为实验制备分子热电器件提供理论依据和数据支持.

关键词：锯齿状石墨烯纳米带 TCNQ分子自旋输运性质自旋过滤效应

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四硫富瓦烯分子结基于连接位点热-电输运性能理论调控研究

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原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 37-42页

作者：高一波邱乙峰刘丹丹张晖阜尹彬洁彭敬源张蓓新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

热电材料的研究对于再利用工业废热、生产清洁能源具有很大的意义.本文以锯齿状石墨烯纳米带(zGNR)做为电极,以不同连接位点的四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)分子做为中心散射分子,构建了中心连接TTF分子结器件和边缘连接TTF分子... 详细信息

热电材料的研究对于再利用工业废热、生产清洁能源具有很大的意义.本文以锯齿状石墨烯纳米带(zGNR)做为电极,以不同连接位点的四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)分子做为中心散射分子,构建了中心连接TTF分子结器件和边缘连接TTF分子结器件两种热电器件.采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了它们的热-电输运性质.结果表明,连接位点的不同对TTF分子器件热电性能具有显著影响.基于锯齿状石墨烯纳米带独特的边缘结构,导致边缘连接TTF分子结器件电输运性质高于中心连接分子结器件;与此同时,边缘悬挂氢键局域共振效应使得边缘连接TTF分子结热输运性能略小于中心连接TTF分子器件.边缘连接TTF分子结器件获取优异热电优值(ZT=0.457),为中心连接TTF分子结器件的3.4倍(ZT=0.135).

关键词：锯齿状石墨烯纳米带四硫富瓦烯分子连接位点热-电输运性质

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非均匀强激光场下正负电子对的产生

原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 117-123页

作者：落彩青任云亮吾拉依木江·司提瓦力地新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046

随着强激光技术领域的不断突破,使得能量转化成物质的施温格过程的实验指日可待.在这样的背景下,在接近实际强激光的模型中理论研究施温格效应至关重要.本文采用量子场论模拟方法在非均匀电场中研究施温格效应的空间特性.首先,发现在能... 详细信息

随着强激光技术领域的不断突破,使得能量转化成物质的施温格过程的实验指日可待.在这样的背景下,在接近实际强激光的模型中理论研究施温格效应至关重要.本文采用量子场论模拟方法在非均匀电场中研究施温格效应的空间特性.首先,发现在能量保持不变的情况下电场的空间尺度显著影响正负电子对的产生率、动量和空间分布.正负电子对的动量和空间分布显示,当电场的空间尺度增大时,因为电场强度变小,所以产生的正负电子对无法及时被分开,抑制正负电子对的产生.最后,用连续性方程研究正负电子对的产生位置分布,发现正负电子对的产生位置分布与电场强度分布是对应的,电子和正电子的产生位置分离一个康普顿波长.此研究结果展示了施温格效应的空间特性,同时解释了弱电场下施温格效应的抑制机制.这些结论在人们常采用的均匀电场近似研究中无法得到.我们的研究对检测施温格实验中的正负电子对具有重要的指导意义.

关键词：强激光施温格效应量子场论模拟方法非均匀电场空间分布

锯齿形氮化铝纳米带负阻器件电子输运性质研究

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 85-90页

作者：黄绛雪黄启俊何进王豪常胜武汉大学物理科学与技术学院武汉430072

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输... 详细信息

低维纳米带材料因为其结构的特异性而呈现出新奇的物理性质.修饰纳米带的边缘能够调制其电子性质.本文运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,探究了锯齿形氮化铝纳米带(ZAlNNR)单边氟化、单边氯化以及单边氢化的电子结构和输运特性.研究表明:锯齿型氮化铝纳米带可以通过以上手段实现能带结构的半导体-金属转换.计算电子输运特性,我们发现三种边缘修饰的器件均呈现出负微分电阻效应,其中AlN-F器件有最大峰谷电流比(PVCR),达到了1.78×10^(7),是硅烯纳米器件以及黑磷纳米器件的10^(6)倍.值得一提的是,相比于H-AlN-Cove纳米器件,AlN-F器件能够在更小的偏压范围内实现高PVCR.该结果为锯齿形氮化铝纳米带在低功耗纳米器件中的应用提供了广泛的前景.

关键词：锯齿形氮化铝纳米带电子输运负微分电阻效应第一性原理

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掺杂对单层石墨烯纳米梁振动频率的影响

原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 67-71页

作者：王志钦王静新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830017

石墨烯优异的力学和电学等性能,使其成为纳米机电谐振器的理想材料.通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素和掺杂浓度对单层石墨烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层石墨烯纳米梁的振动频率随纳米梁长度的增加而减小,硼(B)掺杂、... 详细信息

石墨烯优异的力学和电学等性能,使其成为纳米机电谐振器的理想材料.通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素和掺杂浓度对单层石墨烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层石墨烯纳米梁的振动频率随纳米梁长度的增加而减小,硼(B)掺杂、硼-硼(B-B)掺杂、铍(Be)掺杂和铍-铍(Be-Be)掺杂均会导致单层石墨烯纳米梁的振动频率降低.此外,随着硼(B)/铍(Be)掺杂浓度的增加,单层石墨烯纳米梁的振动频率逐渐降低.且随着掺杂浓度的增加,硼(B)掺杂石墨烯纳米梁的振动频率和铍(Be)掺杂石墨烯纳米梁的振动频率的差异逐渐增大.这对石墨烯纳米机械谐振器、振荡器等纳米器件的设计具有一定的理论指导意义.

关键词：石墨烯振动频率分子动力学

m-DABDT金属有机骨架电子性质和应变调控效应的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 124-134页

作者：刘金宝结文·乃比崔恩豪姚晓龙新疆大学物理科学与技术学院新疆固态物理与器件自治区重点实验室乌鲁木齐830017

金属有机骨架材料具有低密度,高孔隙率和充分暴露的活性位点等结构特点,在光电探测、分子识别和分离以及催化等等领域具有良好的应用前景.合理地选择金属中心是新型金属有机骨架材料设计及性能调控的有效策略.本文利用基于密度泛函理论... 详细信息

金属有机骨架材料具有低密度,高孔隙率和充分暴露的活性位点等结构特点,在光电探测、分子识别和分离以及催化等等领域具有良好的应用前景.合理地选择金属中心是新型金属有机骨架材料设计及性能调控的有效策略.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了五种不同金属中心的一维链状金属有机骨架m-2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇(DABDT)(m=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)的电子性质.计算结果表明:考虑自旋极化条件下的HSE06杂化泛函计算的带隙值与实验值最为符合;随着金属中心d轨道占据数增加,能带结构呈现直接-间接-直接带隙的转变过程;当金属中心为Ni和Zn时,应变可诱导m-DABDT发生直接-间接带隙转变且带隙呈单调变化,同时其电子迁移率均大于空穴迁移率;当金属中心为Fe时,外加应变下m-DABDT保持直接带隙且带隙呈非单调变化,同时其空穴迁移率大于电子迁移率.这些研究结果揭示了m-DABDT金属有机骨架电子性质的调控机制,为光电器件的设计提供理论指导.

关键词：金属有机骨架电子性质应变调控金属中心第一性原理

二维TiS_(2)/TiO_(2)杂化纳米片储钠性质的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 70-78页

作者：结文·乃比刘金宝郑智华姚晓龙新疆大学物理科学与技术学院新疆固态物理与器件自治区重点实验室乌鲁木齐830017

二维TiS_(2)是一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料.然而,二维TiS_(2)负极材料钠离子扩散动力学性能不佳大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,探究了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂... 详细信息

二维TiS_(2)是一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料.然而,二维TiS_(2)负极材料钠离子扩散动力学性能不佳大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,探究了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上钠原子吸附和扩散的热力学和动力学性质.研究结果表明,二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层结构具有较高的动力学和热力学稳定性.此外,钠原子倾向于吸附在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层硫-硫-氧穴位(S-S-O)的顶部,沿穴位-钛顶位-穴位方向(H_(CC)^(1)-T_(T)-H_(CC)^(1′))具有较低的扩散能垒(0.19 eV).与纯相二维TiS_(2)单层相比,钠原子更容易在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上迁移.本文通过对钠原子在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上的结构稳定性、优选吸附位点和扩散路径的全面研究,揭示了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层的结构性质和钠输运特性,为设计高性能的钛基钠离子电池负极材料提供了理论支撑.

关键词：二维TiO_(2) 二维杂化材料钠离子电池扩散第一性原理

非层状二维γ-In_(2)Se_(3)的各向异性生长及其光学特性

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原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 58-65页

作者：雷子煊张文婷夏晓凤王红艳西南交通大学物理科学与技术学院材料先进技术重点实验室成都610031

非层状二维(2D)γ-In_(2)Se_(3)具有优异的光学和电学性能,在超薄柔性器件和光电探测领域具有广泛的应用前景.然而,相较于层状的类石墨烯材料,非层状材料固有的各向同性化学键,使得其二维各向异性生长面临较大的挑战.本研究构建了一种... 详细信息

非层状二维(2D)γ-In_(2)Se_(3)具有优异的光学和电学性能,在超薄柔性器件和光电探测领域具有广泛的应用前景.然而,相较于层状的类石墨烯材料,非层状材料固有的各向同性化学键,使得其二维各向异性生长面临较大的挑战.本研究构建了一种新的化学气相沉积(CVD)生长策略,成功制备了高质量的2Dγ-In_(2)Se_(3).首次选用低熔点的铟粉为前驱体,有效降低了生长温度.此外,生长过程去除了CVD法合成二维硒化物时不可避免的危险气体H_(2),这不仅能有效抑制InSe副产物的形成,还降低了实验危险性.通过探究原料用量、生长温度及时间等参数对样品形貌和厚度的影响,获得了最佳生长窗口.详细表征了2Dγ-In_(2)Se_(3)的微观形貌、化学组分、晶体结构和光学特性等.结果表明,样品具有强烈的光致发光(PL)效应,与γ-In_(2)Se_(3)的直接带隙属性相吻合.随着厚度的减小,PL峰会发生蓝移,说明光学带隙随之增大.Raman光谱显示,不同厚度的样品其特征峰也会发生移动,说明厚度会影响2Dγ-In_(2)Se_(3)的分子振动行为.由此可见,通过生长参数调控2Dγ-In_(2)Se_(3)的厚度,可实现对其光学带隙和分子振动行为的调控,这将为相关的理论研究和光电器件应用提供基本的材料平台.

关键词：非层状材料二维γ-In_(2)Se_(3) 化学气相沉积各向异性生长带隙