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人工晶体的微结构调控热输运研究

人工晶体学报 2020年第9期49卷 1569-1582页

作者：耿志明狄琛方轲詹若男袁紫媛颜学俊芦红卢明辉陈延峰南京大学固体微结构物理国家重点实验室&现代工程与应用科学学院材料科学与工程系人工微结构科学与技术协同创新中心

随着电子工业与能源科学的快速发展,热管理成为微电子、热逻辑器件和热电技术等多个领域关注的重要课题。以半导体产业为例,传统芯片散热技术难以满足功率密度日益增大的芯片散热需求,已经成为限制芯片集成度进一步提高的瓶颈。因此,热... 详细信息

随着电子工业与能源科学的快速发展,热管理成为微电子、热逻辑器件和热电技术等多个领域关注的重要课题。以半导体产业为例,传统芯片散热技术难以满足功率密度日益增大的芯片散热需求,已经成为限制芯片集成度进一步提高的瓶颈。因此,热输运的研究重点从宏观尺度延伸至微观尺度,并要求人们对热输运机制有更深入理解。本文从热声子的扩散输运、弹道输运等微观机制出发,探讨了材料微结构与热输运之间的关系。实验和理论表明,晶体中各种微结构对热输运过程有着重要的调控作用。本文重点讨论了薄膜体系中的点缺陷与量子点、超晶格、异质结构界面等对热输运的调控作用,并对其中的热输运机制进行了简要分析。尽管各种复杂的器件结构对高效的热管理构成了挑战,但人工微结构也为热输运调控提供了新的机遇。

关键词：人工晶体微结构热输运机制热输运调控

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金属微结构纳米线中等离激元传播和分光特性

物理学报 2015年第9期64卷 133-144页

作者：徐地虎胡青彭茹雯周昱王牧南京大学物理学院和固体微结构物理国家重点实验室南京210093 Department of Mechanical Engineering Massachusetts Institute of TechnologyCambridgeMassachusetts 02139USA

本文从理论和实验两方面探讨了具有微结构的金属纳米线系统中表面等离激元传播规律和分光特性.我们由麦克斯韦方程组出发,利用严格耦合波近似和有限元差分等方法首先从理论上给出了金属纳米线系统中等离激元的色散关系和能带特征,然后... 详细信息

本文从理论和实验两方面探讨了具有微结构的金属纳米线系统中表面等离激元传播规律和分光特性.我们由麦克斯韦方程组出发,利用严格耦合波近似和有限元差分等方法首先从理论上给出了金属纳米线系统中等离激元的色散关系和能带特征,然后基于微结构的银纳米线及其等离激元能带结构,设计并制备出等离激元分光原型器件,实验展示其将不同频率的光在微小空间分离的特性.该研究结果是我们前期相关工作的延续和补充,可应用于构造多功能集成的光子芯片和新型亚波长光电材料和器件.

关键词：表面等离激元学微结构金属纳米线光谱分离

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平板式螺旋相位板的设计与应用

物理学报 2019年第5期68卷 96-101页

作者：吴文兵圣宗强吴宏伟安徽理工大学力学与光电物理学院淮南232001 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京210093

传统的螺旋相位板是一种利用沿方位角方向介质材料高度递增实现对光束相位调控产生涡旋光束的光学器件,由于这种特殊的几何结构特征使其不能通过相位板的叠加而调控出射光束所携带的角量子数.本文基于坐标变换方法将介质材料沿方位角方... 详细信息

传统的螺旋相位板是一种利用沿方位角方向介质材料高度递增实现对光束相位调控产生涡旋光束的光学器件,由于这种特殊的几何结构特征使其不能通过相位板的叠加而调控出射光束所携带的角量子数.本文基于坐标变换方法将介质材料沿方位角方向折射率不变而高度递增的传统螺旋相位板变换为一种介质材料沿方位角方向高度不变而折射率递增的平板式螺旋相位板.通过理论分析与数值模拟,发现本文所设计的平板式螺旋相位板不仅与传统螺旋相位板一样能够产生高质量的涡旋光束,而且平板式螺旋相位板的高度和涡旋光束携带的角量子数可以根据介质材料的折射率选取而任意调节.为了实际应用的需要,可以通过叠加多层平板式螺旋相位板以获得不同角量子数的涡旋光束.这种平板式螺旋相位板在光传输、光通信等领域具有广阔的潜在应用价值.

关键词：轨道角动量螺旋相位板涡旋光束坐标变换

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拓扑半金属表面态的输运特性

科学通报 2024年第1期69卷 68-79页

作者：郑悦陈伟南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 人工微结构科学与技术协同创新中心南京210093

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘... 详细信息

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘体的输运研究已经广泛地开展,其中的输运信号仅由拓扑表面态贡献;而拓扑半金属中体态和表面态共存,这在给输运研究带来复杂性的同时,也预示着更为丰富的物理现象有望被发现.大多数针对拓扑半金属输运性质的研究集中于其体态,而其表面态的贡献通常被认为小到可以忽略.需要指出,通过巧妙构筑输运器件结构,表面态可以贡献很强的输运信号并导致新奇而丰富的输运性质.本文介绍了若干典型拓扑半金属体系中表面态导致的新奇输运性质,包括拓扑节线半金属中鼓面表面态导致的共振自旋翻转反射及其输运信号,外尔半金属中费米弧表面态的奇异安德烈夫反射、法布里-珀罗干涉和门电压调控的栗弗席兹相变,以及这些效应对外场的奇特响应.本文介绍的研究成果为拓扑半金属表面态的探测与调控提供了新的思路.

关键词：节线半金属外尔半金属表面态费米弧量子输运

真空退火对周期性界面掺杂Ni_(80)Co_(20)薄膜磁性的影响

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物理学报 2000年第11期49卷 2290-2295页

作者：童六牛何贤美鹿牧华东冶金学院冶金工程系马鞍山243002 南京大学物理系固体微结构物理国家重点实验室南京210093

用磁控溅射方法制备了两个具有不同Fe层厚度的 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(tFe) ]N 多层膜系列样品 ,其中tFe=0 1和 2nm .研究了两个系列样品的磁及输运性质随Ni80 Co2 0 层厚度L的变化关系 .在退火态 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(0 1nm) ]N 系列... 详细信息

用磁控溅射方法制备了两个具有不同Fe层厚度的 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(tFe) ]N 多层膜系列样品 ,其中tFe=0 1和 2nm .研究了两个系列样品的磁及输运性质随Ni80 Co2 0 层厚度L的变化关系 .在退火态 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(0 1nm) ]N 系列样品中 ,发现各向异性磁电阻 (AMR)和横向磁电阻 (TMR)在L为 10nm附近存在一较宽的增强峰 ,其峰位与制备态 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(2nm) ]2 5多层膜TMR的增强峰位一致 .当L小于Ni80 Co2 0 合金的电子平均自由程时 ,制备态 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(0 1nm) ]N 样品的各向异性磁电阻 (Δρ)和零场电阻率 ρ都随L的减小而增加 ,且ρ的增量超过Δρ的增量 .ρ随L的依赖关系可采用Fuchs Sondheimer理论描述 .在L小于 10nm时 ,制备态界面掺杂 [Ni80 Co2 0 (L) /Fe(0 1nm) ]N 系列样品的矫顽力Hc 随L近似直线上升 ,在L大于 10nm后趋于饱和 .退火后Hc显著下降 .实验结果表明 ,在多层膜结构中 ,界面散射可导致 ρ和Δρ的增强 ;磁性合金界面层还可导致畴结构的改变及TMR和AMR的增强 .

关键词：多层膜薄膜磁性周期性界面真空退火掺杂

锰离子氧化沉淀法实现锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)材料的回收和利用

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无机化学学报 2023年第9期39卷 1661-1672页

作者：王兆程王义钢盛传超何平周豪慎南京大学储能材料与技术中心现代工程与应用科学学院江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心南京210023

以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+... 详细信息

以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+)被氧化为不溶于非还原性酸的MnO(OH)_(2),并在酸性条件下回收。Ni、Co则在碱性条件下利用NaOH回收,而Li则利用NH_(4)HCO_(3)回收。该方法中Mn的回收率达到85.1%,产品纯度达到98.6%;Li的回收率达到95.0%,产品纯度达到99.3%。由回收材料重新合成的三元正极组装的软包电池的首圈放电比容量达到了175 mAh·g^(-1),可以以超过99.5%的库仑效率稳定循环50圈。

关键词：废旧锂离子电池 LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)三元材料湿法回收锰氧化反应

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基于人工表面等离激元结构的全向隐身

物理学报 2019年第15期68卷 206-212页

作者：权家琪圣宗强吴宏伟安徽理工大学力学与光电物理学院淮南232001 南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京210093

人工局域表面等离激元结构具有许多特殊的光学性质,对于新一代光学元件的设计具有重要的意义.本文设计了一种在硅盘中周期性嵌入金属条的结构,从而使得物体在任意方向的光散射均被抑制,实现了全方向隐身的效果.通过理论分析与数值模拟,... 详细信息

人工局域表面等离激元结构具有许多特殊的光学性质,对于新一代光学元件的设计具有重要的意义.本文设计了一种在硅盘中周期性嵌入金属条的结构,从而使得物体在任意方向的光散射均被抑制,实现了全方向隐身的效果.通过理论分析与数值模拟,发现这种空心的人工局域表面等离激元结构在一定频率下会出现强散射抑制现象,这是由结构的散射波与背景波之间干涉相消产生的效果,且由于结构是一种周期性环状结构,因此可以在散射抑制的频率点下实现全方向的隐身效果.这为分析人工局域表面等离激元结构的物理隐身和光学响应提供了一条新的途径.此外,本文还分析了结构在不同参数条件下对散射谱移动规律的影响.本文的结果适用于微波到太赫兹波区域,可以应用于各种先进的光学器件,如雷达、隐身涂层、传感器和探测器等.

关键词：人工局域表面等离激元超构材料结构散射全向隐身

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基于液晶回音壁模式传感的光谱标定方法研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 30-37页

作者：麻镇宇李晓强刘永军严云翔哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学海洋光子材料与器件物理工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学青岛创新发展中心山东青岛266000

液晶回音壁模式(WGM)传感技术结合了液晶材料的高敏感性和光学WGM的高精度特性,在物质检测、环境监测和生物医疗等领域具有广阔的应用前景。为提升传感测量的精度和灵敏度,除了改善传感器的结构特性以外,如提高品质因子、实现窄线宽、... 详细信息

液晶回音壁模式(WGM)传感技术结合了液晶材料的高敏感性和光学WGM的高精度特性,在物质检测、环境监测和生物医疗等领域具有广阔的应用前景。为提升传感测量的精度和灵敏度,除了改善传感器的结构特性以外,如提高品质因子、实现窄线宽、提升波长移动范围等,准确标定WGM光谱谱线是一个重要内容。然而,实际应用中,WGM光谱的非规则分布给谱线标定带来了挑战。本文针对此问题提出了一种基于Savitzky-Golay(SG)滤波和高斯平滑的WGM非规则光谱标定方法,并提出了光谱标定的对称性、高线性和合理性三原则。将WGM光谱标定分为规则和非规则两类。对于规则光谱,具有良好的洛伦兹线型和高斯包络轮廓,可以选择最高强度谱线或中心波长,或者具有相同自由光谱范围(FSR)的相邻模式谱线作为谐振波长。而对于非规则光谱,可以分为三类:(1)光谱缺峰和强度突变,主要由于谐振条件的损耗变化所致;(2)光谱非规则劈裂,液晶微腔中可能存在微小的缺陷或杂质,导致光谱的非对称劈裂;(3)混合型变化光谱,受到复杂测量环境的影响,可能出现多种不规则变化。通过SG滤波和高斯平滑处理,有效地恢复光谱的对称性,提升拟合线性度,实现光谱标定。为验证该方法的有效性,根据不同类型光谱标定情况,分别设计了利用液晶WGM对不同生物分子的传感实验,包括胰蛋白酶(浓度0.75~2.00μg·mL^(-1))、pH(4.55~6.86)、DNA(浓度90~490μg·mL^(-1))等。实验结果表明,采用本文方法和三原则进行液晶WGM光谱标定和谐振峰选取,传感灵敏度的线性度均在0.99以上,具有较好的可靠性和稳定性。该研究创新之处在于提出了针对液晶WGM光谱非规则分布的有效标定方法和三原则,为提高液晶WGM传感测量的准确性和有效性提供了有效解决方案和重要的理论和方法支持,具有重要的应用和理论意义。

关键词：液晶回音壁模式光谱标定 Savitzky-Golay滤波

钛酸铋系中与铁电性能有关的缺陷及其弛豫研究的进展

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物理学进展 2006年第3期26卷 351-358页

作者：朱劲松李伟陈恺吕笑梅王业宁南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京210093

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果。钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用,通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量,并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为... 详细信息

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果。钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用,通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量,并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为的研究,揭示了钛酸铋系铁电材料中掺杂、微结构以及铁电性能之间内在的联系。这些结果从微观的角度阐述了影响铁电体剩余极化与铁电疲劳的因素,对于指导并优化现有铁电体的铁电性能有着重要的意义。此外,还报道了对铁电畴、相变等的研究结果,表明力学与介电方法是研究铁电性能及澄清机理的有效手段。

关键词：钛酸铋内耗与介电氧空位铁电畴弛豫与关联