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MoSiN的本征点缺陷以及掺杂特性的第一性原理计算研究

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物理学报 2024年

作者：徐思源张召富王俊刘雪飞郭宇铮武汉大学工业研究院贵州师范大学物理与电子科学学院武汉大学电气与自动化学院

新兴二维材料MoSi2N4因其卓越的半导体性能，包括出色的环境稳定性和高载流子迁移率而受到相当多的关注。然而，半导体中的本征缺陷往往不可避免并且会显著影响器件性能。本文使用密度泛函理论(densityfunctionaltheory)计算并分析了MoS... 详细信息

新兴二维材料MoSi2N4因其卓越的半导体性能，包括出色的环境稳定性和高载流子迁移率而受到相当多的关注。然而，半导体中的本征缺陷往往不可避免并且会显著影响器件性能。本文使用密度泛函理论(densityfunctionaltheory)计算并分析了MoSi2N4中本征点缺陷的性质及其产生的影响。本研究首先确认了该材料物理性质与目前实验数据的一致性，之后通过计算十二种本征缺陷的形成能，发现钼替硅型反位缺陷(MoSi)在所有本征缺陷中占主导地位。在整体电荷保持中性的约束条件下，通过自洽费米能级计算，本文发现仅仅引入本征缺陷的MoSi2N4会表现出本征特征，这体现了其作为半导体器件材料的潜力，然而该本征性质与在生长过程中观察到的二维MoSi2N4的p型特征相矛盾。而在后来的缺陷浓度计算中，发现对于MoSi2N4用适当的杂质进行掺杂，可以实现n型和p型半导体特征，且本征缺陷的补偿效应很弱。这表明在生长过程中MoSi2N4的p型特征可能是由于非平衡生长条件下引入的杂质或硅空位缺陷造成的。本工作不仅展示了MoSi2N4在半导体器件应用上的潜力，还为未来该材料缺陷机理的研究提供了宝贵的指导

关键词：密度泛函理论本征缺陷带电缺陷校正二维材料

薄膜铌酸锂光电器件与超大规模光子集成(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 386-402页

作者：程亚华东师范大学物理与电子科学学院上海200241 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新... 详细信息

近年来,薄膜铌酸锂光子集成技术发展极为迅速,其背后有着深刻的物理、材料、技术原因。单晶薄膜铌酸锂为解决光子集成芯片领域长期存在的低传输损耗、高密度集成以及低调制功耗需求提供了至今为止综合性能最优的解决方案。面向未来的新一代高速光电器件与超大规模光子集成芯片应用,本文回顾了薄膜铌酸锂光子技术的起源及其近期的快速发展,讨论了若干薄膜铌酸锂光子结构的加工技术,并展示了一系列当前性能最优的薄膜铌酸锂光子集成器件与系统,包括超低损耗可调光波导延时线、超高速光调制器、高效率量子光源,以及高功率片上放大器与片上激光器。这些器件以其体积小、质量轻、功耗低、性能好的综合优势,将对整个光电子产业产生难以估量的影响。

关键词：光子集成光波导光调制器微波光子学光量子集成器件薄膜薄膜铌酸锂

镍掺杂聚苯胺/生物质炭复合材料的电化学性能

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人工晶体学报 2024年第7期53卷 1280-1287页

作者：张丹丹田满泽鄢波任俊鹏周进康贵州师范学院化学与材料学院贵阳550018

为制备高性能、低成本的电极材料,本文以八月瓜果皮生物质炭(BC)为基质,六水合硝酸镍、苯胺为原料,通过化学氧化聚合法合成了镍离子掺杂聚苯胺包覆生物质炭复合材料(Ni@PANI/BC)。通过扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS... 详细信息

为制备高性能、低成本的电极材料,本文以八月瓜果皮生物质炭(BC)为基质,六水合硝酸镍、苯胺为原料,通过化学氧化聚合法合成了镍离子掺杂聚苯胺包覆生物质炭复合材料(Ni@PANI/BC)。通过扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)、比表面积测试(BET)等表征手段对其结构进行表征,循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)测试和电化学阻抗谱(EIS)对其进行电化学性能测定,考察了镍离子掺杂对Ni@PANI/BC结构和电化学性能的影响。研究表明,镍离子掺杂聚苯胺包覆生物质炭形成了多孔交联网状结构、比表面积大、导电性能良好的复合材料。当六水合硝酸镍与苯胺、BC质量比为1.5∶5∶3时,所得的电极材料电化学性能最佳。在1 A/g电流密度下,Ni@PANI/BC质量比电容最高可达608.4 F/g,在10 A/g下,充放电循环5000次,容量保持率为85.4%,该材料具有与文献报道相关材料相媲美的电化学性能。

关键词：生物质炭聚苯胺化学氧化聚合法复合材料电容电化学性能

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单摆问题中示意图和坐标系正向的选取

高师理科学刊 2024年第1期44卷 89-93页

作者：董宝平鲁军旺张婷婷郑发州罗正鸿黔南民族师范学院物理与电子科学学院贵州都匀558000

单摆作为一种重要的理想模型,成为力学和理论力学课程的重点教学内容.由于摆锤做曲线运动,人们常常在极坐标和自然坐标系下运用牛顿运动定律或角动量定理分析单摆动力学方程.随意假设摆锤的初始状态和规定坐标系的正向可能导致负角.然而... 详细信息

单摆作为一种重要的理想模型,成为力学和理论力学课程的重点教学内容.由于摆锤做曲线运动,人们常常在极坐标和自然坐标系下运用牛顿运动定律或角动量定理分析单摆动力学方程.随意假设摆锤的初始状态和规定坐标系的正向可能导致负角.然而,角度中隐藏的负号很容易被初学者忽视进而导致错误结论.适当选取示意图和坐标系正向可以避免负角从而实现快速且准确地分析出单摆动力学方程.

关键词：角动量定理单摆动力学方程极坐标自然坐标坐标系正方向

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刚体平面运动中坐标轴正方向的选取

高师理科学刊 2024年第2期44卷 92-96页

作者：董宝平鲁军旺付婷杨芳平焦云黔南民族师范学院物理与电子科学学院贵州都匀558000

平面运动作为刚体的一种重要运动类型,成为物理学专业力学和理论力学课程中的重点教学内容.平面运动因为同时涉及平动和定轴转动且二者之间常常存在一定的约束关系,所以也是一个教学难点,主要问题在于初学者往往因为随意规定坐标轴正方... 详细信息

平面运动作为刚体的一种重要运动类型,成为物理学专业力学和理论力学课程中的重点教学内容.平面运动因为同时涉及平动和定轴转动且二者之间常常存在一定的约束关系,所以也是一个教学难点,主要问题在于初学者往往因为随意规定坐标轴正方向而遗漏约束关系中可能出现的负号.根据受力分析,在假定了刚体平面运动趋势后,适当选取坐标轴的正方向可以避开约束方程中的负号,从而使学生分析刚体运动问题更加快速准确.

关键词：刚体平面运动坐标轴正方向约束方程

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单层Janus Ga2SSe光催化水解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3期 51-57页

作者：胡新华廖杨芳贵州省贵阳市乌当区第四中学贵州师范大学物理与电子科学学院

光催化水解制氢为解决能源危机和环境污染问题提供了一种可行的策略.本文通过第一性原理计算，提出了单层Janus Ga2SSe是一种有效的水解光催化剂.结构稳定性分析表明，单层Janus Ga2SSe具有能量和动力学稳定性.电子性质表明，单层Janus ... 详细信息

光催化水解制氢为解决能源危机和环境污染问题提供了一种可行的策略.本文通过第一性原理计算，提出了单层Janus Ga2SSe是一种有效的水解光催化剂.结构稳定性分析表明，单层Janus Ga2SSe具有能量和动力学稳定性.电子性质表明，单层Janus Ga2SSe属于间接带隙半导体，有利于降低载流子的复合几率.光催化性能分析表明，单层Janus Ga2SSe的能带边缘位置适合PH=0～14宽范围的光催化水解.此外，单层Janus Ga2SSe具有较高的紫外光和可见光吸收、较大的内建电场、较小的载流子有效质量保证了光生载流子有效分离并快速迁移到反应活性位点参与水的氧化还原反应.研究结果为单层Janus Ga2SSe的合成及其作为水解光催化剂的潜在应用提供了有价值的理论指导.

关键词： Janus材料光催化水解第一性原理

聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

利用多周期空间非均匀啁啾场产生单个短阿秒脉冲

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原子与分子物理学报 2024年第3期41卷 105-112页

作者：韩岳峰张刚台白婷婷张依琳张倩赵曦宝鸡文理学院物理与光电技术学院宝鸡721016 宝鸡文理学院数学与信息科学学院宝鸡721013 黔南民族师范学院物理与电子科学学院都匀558000

提出了一种直接生成单个短阿秒脉冲的有效方案.采用数值求解一维含时薛定谔方程,理论研究了多周期空间非均匀啁啾场驱动预激发氦离子的高次谐波辐射和阿秒脉冲的产生.结果表明:在空间非均匀啁啾场作用下,谐波截止可扩展至1050阶次,并且... 详细信息

提出了一种直接生成单个短阿秒脉冲的有效方案.采用数值求解一维含时薛定谔方程,理论研究了多周期空间非均匀啁啾场驱动预激发氦离子的高次谐波辐射和阿秒脉冲的产生.结果表明:在空间非均匀啁啾场作用下,谐波截止可扩展至1050阶次,并且高于300阶次以上的谐波是连续的.由于连续谱来自单一量子路径的贡献,滤出连续谱上880-1120阶次的谐波,直接产生了一个脉宽为11.4 as的单个脉冲.通过增加驱动脉冲的持续时间,可获得一个脉宽短至10 as的单个脉冲.

关键词：高次谐波辐射孤立阿秒脉冲量子路径控制空间非均匀啁啾场

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双空间特征自适应融合的故障检测方法

控制理论与应用 2024年

作者：刘美枝孔祥玉安秋生罗家宇火箭军工程大学导弹工程学院山西大同大学物理与电子科学学院山西师范大学数学与计算机科学学院

对于大型复杂工业过程,因其结构复杂,过程变量往往呈现混合相关性,单一模型无法精确表征变量之间的混合相关性,导致故障检测中存在大量漏报或误报.针对该问题,提出一种双空间特征自适应融合的故障检测方法.首先,采用分层级联特征提取策... 详细信息

对于大型复杂工业过程,因其结构复杂,过程变量往往呈现混合相关性,单一模型无法精确表征变量之间的混合相关性,导致故障检测中存在大量漏报或误报.针对该问题,提出一种双空间特征自适应融合的故障检测方法.首先,采用分层级联特征提取策略,分别在原始数据空间和残差核空间提取高斯线性特征和非高斯非线性特征.其次,采用贝叶斯推理将不同空间的监测统计指标转换为故障概率,并设计自适应概率加权策略,进而构造总体概率统计指标以监测过程运行状态.最后,通过数值仿真和田纳西-伊仕曼过程验证所提算法的可行性和有效性.

关键词：故障检测特征提取混合相关性贝叶斯推理统计指标