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金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

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Cs阳离子掺杂对CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿电子性质的影响研究

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原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 174-182页

作者：张平丽吉林师范大学物理学院四平136000

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池被报道具有极高的功率转换效率,是下一代太阳能电池材料有希望的候选者,但其化学性质极不稳定,在高温高湿条件下易分解.本研究采用无机Cs阳离子取代CH_(3)NH_(3)PbI_(3)结构中的CH_(3)NH_(3)有机阳离子,... 详细信息

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池被报道具有极高的功率转换效率,是下一代太阳能电池材料有希望的候选者,但其化学性质极不稳定,在高温高湿条件下易分解.本研究采用无机Cs阳离子取代CH_(3)NH_(3)PbI_(3)结构中的CH_(3)NH_(3)有机阳离子,利用第一性原理密度泛函理论,计算了未掺杂CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿和Cs阳离子掺杂钙钛矿的电子性质.结果表明,适当比例的Cs阳离子掺杂能够增强Pb-I的相互作用力,且Cs阳离子掺杂并未改变钙钛矿直接半导体的属性.Cs阳离子与Pb-I框架之间强的共价相互作用,导致Cs阳离子掺杂钙钛矿具有更加稳定的晶体结构.这项工作阐明了Cs阳离子掺杂钙钛矿材料高稳定性的潜在机理,可以为将来设计高效稳定的钙钛矿光伏材料提供一定的理论依据.

关键词：钙钛矿 Cs阳离子掺杂能带结构态密度

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固体阿秒探测技术

中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 71-88页

作者：刘雅欣崔虎彬彭赛男李亮兰鹏飞陶镇生复旦大学物理学系表面物理国家重点实验室华中科技大学武汉光电国家研究中心物理学院

随着超快飞秒激光技术的不断进步,泵浦-探测技术已成为研究凝聚态材料中电子态动态变化的重要手段.然而,当探索尺度缩小至原子级别,对探测技术的时间分辨率提出了更高要求. 2023年诺贝尔物理学奖的颁发,表彰了在产生阿秒光脉冲以研究电... 详细信息

随着超快飞秒激光技术的不断进步,泵浦-探测技术已成为研究凝聚态材料中电子态动态变化的重要手段.然而,当探索尺度缩小至原子级别,对探测技术的时间分辨率提出了更高要求. 2023年诺贝尔物理学奖的颁发,表彰了在产生阿秒光脉冲以研究电子动力学方面的杰出贡献,标志着阿秒科学的重大突破.固体阿秒探测技术的出现,为实时观测和记录固体中电子的超快运动提供了前所未有的精度,揭示了这些过程背后的物理机制.本文重点介绍了阿秒光电子能谱、固体高次谐波和阿秒瞬态吸收谱这三种主要实验技术,阐述了它们的基本原理、相关应用,并展望了未来的发展趋势和方向.这些研究不仅对于全面揭示光与物质相互作用的深层次信息至关重要,也为开发新一代达到光频的超快光电子器件奠定了坚实基础.

关键词：阿秒脉冲固体高次谐波超快过程

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SrCe_(0.90)Gd_(0.10)O_3固体电解质燃料电池性能研究

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高等学校化学学报 2001年第4期22卷 630-633页

作者：吕喆刘江黄喜强刘志国刘巍贺天民苏文辉吉林大学物理系固体物理教研室

以固相反应方法制备了 Sr Ce0 .90 Gd0 .10 O3 含质子导电的固体电解质 ,对以该材料为电解质的燃料电池的性能进行了研究 .结果表明 ,电池的输出电压强烈依赖于温度 ,其原因是电池电解质具有复杂的导电机理 ,通过对其在燃料电池工作气... 详细信息

以固相反应方法制备了 Sr Ce0 .90 Gd0 .10 O3 含质子导电的固体电解质 ,对以该材料为电解质的燃料电池的性能进行了研究 .结果表明 ,电池的输出电压强烈依赖于温度 ,其原因是电池电解质具有复杂的导电机理 ,通过对其在燃料电池工作气氛下的阻抗谱研究 ,揭示了该材料导电类型随气氛变化的规律 ,并从机理上对此实验现象加以解释 .根据实验结果。

关键词：质子导体固体电解质固体氧化物燃料电池氧化铈氧化锶氧化钆阻抗谱

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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

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石墨烯高次谐波中焦散效应的取向依赖

中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 97-103页

作者：董福龙闫嘉宇刘杰河北大学物理科学与技术学院中国工程物理研究院研究生院

本文利用两能带密度矩阵方程计算了红外线偏振激光辐照石墨烯时取向依赖的总高次谐波谱.不同于原子中谐波焦散效应出现在截止频率处,数值结果表明石墨烯中焦散增强谐波的能量明显偏离谐波谱截止频率,且具有显著的取向依赖.通过求解鞍点... 详细信息

本文利用两能带密度矩阵方程计算了红外线偏振激光辐照石墨烯时取向依赖的总高次谐波谱.不同于原子中谐波焦散效应出现在截止频率处,数值结果表明石墨烯中焦散增强谐波的能量明显偏离谐波谱截止频率,且具有显著的取向依赖.通过求解鞍点方程,揭示了焦散效应取向依赖的机制源于当激光偏振方向变化时,第一布里渊区两个Dirac点的不等价性.我们也研究了不同取向角下焦散谐波能量对激光强度的依赖,发现当激光偏振方向逐渐偏离石墨烯“扶手椅”方向时,其对激光强度的依赖逐渐减弱.本文中焦散效应取向依赖的研究可能在确定石墨烯晶格取向方面具有潜在的应用价值.

关键词：高次谐波焦散效应石墨烯取向依赖

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单相Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2立方固溶体的高压高温合成

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高等学校化学学报 2001年第4期22卷 524-530页

作者：许大鹏王权泳张弓木李莉萍苏文辉吉林大学物理系

以化学沉淀法制备的 Ce O2 和 Zr O2 纳米微粒为前驱体 ,首次在高压高温 (3 .1 GPa,1 0 73 K)下合成了单相 Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体 .使用 X射线衍射、TG-DTA、XPS、Raman、电子自旋共振谱和交流阻抗谱等对样品的结构、Ce离子的... 详细信息

以化学沉淀法制备的 Ce O2 和 Zr O2 纳米微粒为前驱体 ,首次在高压高温 (3 .1 GPa,1 0 73 K)下合成了单相 Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体 .使用 X射线衍射、TG-DTA、XPS、Raman、电子自旋共振谱和交流阻抗谱等对样品的结构、Ce离子的价态和导电性进行了表征 .实验结果表明 ,纳米 Ce O2 -50 % Zr O2 混合物在高压 (0 .9GPa以上 )高温 (1 0 73 K以上 )条件下可以发生固态反应 ,高压下固溶温度明显降低 .Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体在 773 K以下是热稳定的 ,不发生结构转变 ,固溶体中 Ce离子完全以 Ce4 + 形式存在 ,773 K退火也不引起 Ce4 + 向 Ce3 + 转变 ,晶格中氧缺位非常少 .Ce0 .5Zr0 .5O2 面心立方固溶体是离子导电 ,82 3 K时电导率 σ=1 .2× 1 0 -5S/cm,与纯 Ce O2 在同温度下的电导率同数量级 ;1 1 2 3 K时 σ=2 .1× 1 0 -3 S/cm,小于掺入稀土或碱土氧化物的氧化锆和氧化铈基电解质的电导率 .在高温区和低温区 ln(σT)与 1 /T的关系满足斜率不同的二条直线 ,低温活化能小于高温活化能 .固溶体的显微硬度 (50 g载荷 )为 572 HV.

关键词：纳米晶立方固溶体热稳定性氧化铈氧化锆合成电学性质

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缺陷对单层硅烯纳米梁振动频率的影响

原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 76-82页

作者：张文博王静新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830017

由于硅纳米谐振器在量子计算、传感器、医学等方面存在广泛的应用,使其物理性质的研究具有重要意义.本文通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素、空位缺陷、掺杂浓度对单层硅烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层硅烯纳米梁的振动... 详细信息

由于硅纳米谐振器在量子计算、传感器、医学等方面存在广泛的应用,使其物理性质的研究具有重要意义.本文通过分子动力学模拟方法研究了掺杂元素、空位缺陷、掺杂浓度对单层硅烯纳米梁振动特性的影响.研究结果表明,单层硅烯纳米梁的振动频率随着纳米梁长度的增加而减小.单元素、双元素掺杂均会导致单层硅烯纳米梁的振动频率的增加,且随着掺杂浓度的增加纳米梁的振动频率整体呈现增大的趋势.此外,单空位缺陷会导致单层硅烯纳米梁的振动频率随着缺陷浓度的增加而减小.掺杂-单空位缺陷的单层硅烯纳米梁的振动频率则呈现了随着掺杂浓度的增加先减小后增加的变化趋势.这些变化规律均是由掺杂元素、空位缺陷以及它们共同作用的结果.此研究结果对硅烯纳米谐振器,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：硅烯掺杂振动频率分子动力学