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自旋发光二极管研究进展
梁世恒, 陆沅, 韩秀峰, 等
摘要 +
半导体自旋电子学是凝聚态物理研究中重要的研究领域之一, 在20多年的发展历程中交叉了多学科领域, 其中结合了磁性材料和半导体材料复合结构而开展的关于自旋注入、操纵及光学探测研究的自旋发光二极管展现出丰富的物理性质. 自旋发光二极管的研究涉及自旋注入端和激活区的材料、结构和物理. 本文将从自旋注入、自旋输运和自旋探测3方面概述自旋发光二极管中所涉及的自旋相关物理, 并进一步介绍自旋发光二极管的研究历程及其最新结果进展, 最后进一步对未来研究趋势进行展望.
小型低频发射天线的研究进展
崔勇, 吴明, 宋晓, 黄玉平, 贾琦, 陶云飞, 王琛, 等
摘要 +
机械天线是通过电荷或磁偶极子的机械运动产生电磁场辐射的新型低频发射天线. 新型的辐射原理使其能够打破传统天线波长对物理尺寸的约束, 从而以较小的尺寸实现低频通信, 为对潜通信、透地通信等场景提供了颠覆性的解决方案. 近年来机械天线吸引了国内外众多研究团队的关注, 是低频通信领域的研究热点. 本综述简要回顾了传统的低频发射天线发展情况, 详细介绍了机械天线不同实现方案的研究进展, 对比了各方案的辐射性能与优缺点, 并针对机械天线信号调制方法进行了探讨, 最后展望了机械天线的未来研究方向.
自旋太赫兹脉冲源的性能、调控及其应用
冯正, 王大承, 孙松, 谭为, 等
摘要 +
自旋太赫兹脉冲源能基于铁磁/非磁纳米薄膜异质结构中的超快自旋流-电荷流转换产生太赫兹脉冲, 具有超宽频谱、偏振可调、超薄结构、成本低廉等独特优点, 近年来引起很大的关注. 本文首先简要介绍太赫兹波、太赫兹自旋电子学及自旋太赫兹脉冲源; 其次从自旋太赫兹脉冲源的性能提升、调控及应用3方面对其研究进展进行详细的综述, 分别为: 1)基于自旋太赫兹脉冲源产生太赫兹的3个过程—超快自旋输运、光学激发、太赫兹出射的性能提升方法, 2)自旋太赫兹脉冲源偏振和频谱的主动调控, 3)自旋太赫兹脉冲源在太赫兹超宽谱测试、磁结构检测及成像、太赫兹超分辨近场成像等方面的应用; 最后总结全文, 指出自旋太赫兹脉冲源目前存在的问题, 并展望其发展方向.
基于硅基光子器件的Fano共振研究进展
鹿利单, 祝连庆, 曽周末, 崔一平, 张东亮, 袁配, 等
摘要 +
硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段。采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注。Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称且尖锐的谐振峰,传输光的强度在共振波长附近从0突变为1,该机制可显著提高硅基光开关、探测器、传感器以及光非互易性全光信号处理的性能。本综述分析了Fano共振的一般数学表述,总结了当前硅基光子微腔耦合产生Fano共振的理论模型研究现状,讨论了不同类型的硅光器件实现Fano共振的方法,比较各种方案优劣及适用场合,梳理了Fano共振在全光信号处理方面的应用研究情况。最后探讨存在的一些问题及未来可能的相关研究方向。
筒形溅射阴极的磁场优化及其高功率放电特性研究
李体军, 崔岁寒, 刘亮亮, 李晓渊, 吴忠灿, 马正永, Ricky K. Y. FU, 田修波, 朱剑豪, 吴忠振, 等
摘要 +
基于高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术开发的筒形溅射阴极,配合电磁系统可有效提升等离子体的输运效率。然而电磁系统的引入反作用于筒内放电特性,从而使靶面放电和放电强度无法同时维持。鉴于此,本文通过调整磁场布局,研究了靶面切向(横向)磁场和法向(纵向)磁场对靶面放电的作用规律,优化后靶面切向磁场分布更加均匀,磁场强度高于40 mT的靶面区域占比由51%增至67%,同时法向峰值强度外移,强度由73 mT增至96 mT。采用Ar/Cr体系放电发现:相同工艺条件下,优化后的溅射阴极辉光变亮,靶电流增大,放电面积变宽,放电特性得到显著提升。利用等离子体整体模型仿真和发射光谱仪检测发现优化后离子电流和光谱强度得到明显提升,Cr粒子密度提高一倍,增至2.6×1020 m-3,且离化率上升至92.1%,同时输出离子通量提高近一倍,实现了靶面放电与离子输出的双促进。
分子聚集体中激子‐激子湮灭过程研究
茅江奇, 范旭阳, 路彦珍, 王鹿霞, 等
摘要 +
分子的激发能量转移和电荷转移是提高光伏电池和发光二极管效率的关键问题,其中分子聚集体中的激子-激子湮灭过程是影响分子激发能量转移的重要方面,细致研究激子-激子湮灭的动力学过程并与相关的瞬间吸收谱信号对比对相关的理论和实验都有重要意义。本文在分子间弱耦合近似下用经典的率方程对激子-激子湮灭过程做微观描述,研究了外场激发强度、聚集体的偶极矩位形、分子内的衰变率等对激子-激子湮灭过程的影响,分析了激子在第一激发态和高阶激发态的驰豫时间、电荷转移相干时间、 激子融合和湮灭时间之间的关系。研究发现J型聚集体由于相干能量转移时间较短,比H型聚集体有更高的湮灭率。激发场强越强,激子-激子湮灭的效率越高。分子高阶激发态的衰变率对激子-激子湮灭过程有较大的影响。
硫化物固态电解质材料界面及其表征的研究进展(固态电池专题)
Qiaobao Zhang, Zhengliang Gong, 杨勇, 等
摘要 +
发展高能量密度和高安全性的全固态锂电池技术对于推动我国锂电池产业技术的更新换代,强化我国在这一领域的技术优势具有重要的现实意义。固态电解质是全固态锂电池的核心组成部分,其中硫化物固态电解质因其高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点,被认为是最具商业化潜力的固态电解质之一,然而其空气稳定性较差,与电极接触的界面存在界面副反应、锂枝晶生长及界面机械失效等缺点,严重制约了其在高能量密度全固态锂电池中的应用。本文首先综述硫化物固态电解质空气稳定性的研究方法及其退化机制、提高材料空气稳定性的策略与方法;对其与正负极界面的相容性、稳定性及其解决策略进行了总结与分析;总结归纳近年来电极/硫化物固态电解质界面的原位表征技术的研究进展,并展望了未来硫化物固态电解质材料界面的研究重点和发展方向。
太赫兹自旋光电子学专题编者按
摘要 +
宽带隙钙钛矿材料及太阳电池的研究进展
崔兴华, 许巧静, 石标, 侯福华, 赵颖, 张晓丹, 等
摘要 +
金属卤化物钙钛矿太阳电池在近几年获得了巨大进展. 目前单结钙钛矿太阳电池转化效率已经达到25.2%. 经过带隙调整得到的1.63 eV及以上的宽带隙钙钛矿太阳电池是制备多结叠层太阳电池中顶部吸收层的最佳材料. 除高效叠层太阳电池外, 宽带隙钙钛矿在光伏建筑一体化以及光解水制氢等领域中也有着广阔的应用前景. 然而这种钙钛矿薄膜本身缺陷较多, 在光照下还容易发生卤素分离, 这也是限制宽带隙钙钛矿太阳电池发展的关键因素. 本文综述了目前宽带隙钙钛矿及太阳电池的发展现状, 最后对其未来发展前景进行了展望.
极性反铁磁体Fe2Mo3O8的太赫兹发射谱
时立宇, 吴东, 王子潇, 林桐, 张思捷, 刘巧梅, 胡天晨, 董涛, 王楠林, 等
摘要 +
极性材料中, 电子在实空间的跃迁会改变材料的电极化矢量, 受到飞秒脉冲激光的激发时, 瞬态变化的电极化矢量会向外辐射电磁波, 产生太赫兹波段的发射谱. 在磁有序体系中, 受到相干激发的自旋波在进动驰豫的过程中, 会辐射相同频率的电磁波. 研究这些材料的太赫兹发射谱, 不仅有助于我们理解材料的铁电有序和磁有序的动力学过程, 也为寻找新的太赫兹源提供参考. 我们对极性反铁磁体Fe2Mo3O8的太赫兹发射谱进行了研究, 在800 nm 飞秒激光的泵浦下, 材料中的电子发生跨越能隙的激发, 对电极化矢量产生超快调制, 观察到0.1到3.5 THz的宽带太赫兹激发谱, 太赫兹电场方向沿材料的固有电极化方向. 在进入磁有序后, 观测到两个新的单频太赫兹震荡, 分别位于1.25 THz和2.7 THz, 分别对应Fe2Mo3O8的两个反铁磁自旋波.
利用连续激光抽运-太赫兹探测技术研究单晶和多晶二氧化钒纳米薄膜的相变
杨培棣, 欧阳琛, 洪天舒, 张伟豪, 苗俊刚, 吴晓君, 等
摘要 +
作为典型的相变材料, 二氧化钒因为其接近室温的相变温度一直在金属-绝缘体的转变行为研究中备受关注. 各种不同种类的调制实验研究结果对二氧化钒相变机理的研究都提供了重要的线索. 这些实验不仅能够加深对各种过渡金属氧化物中的不同自旋的电子之间强关联作用的理解, 同时也为潜在应用拓展新的机会. 尽管二氧化钒的相变机制仍存在争议, 但在过去的几十年中, 人们为理解金属-绝缘相变机制付出了巨大的努力, 这都来源于各类二氧化钒调制实验的激励. 本工作在单晶和多晶二氧化钒中, 利用连续激光抽运-太赫兹探测技术对它们的调制机理进行了研究, 发现其在相同抽运通量下对太赫兹脉冲的吸收行为有明显的不同. 在系统地探讨了极具代表性的相变机理之后, 将单晶二氧化钒的相变机理归结为以电子结构为主导的Mott型相变, 将多晶二氧化钒的相变机理归结为以晶格畸变为主导的Peierls型相变. 以往的光学调制大多都是在飞秒激光抽运条件下进行的, 作为一种新的光学调制手段, 该工作是对以往全光调制实验的补充, 相信对二氧化钒相变机理的理解有新的帮助.
石榴石型固态电解质表界面问题及优化的研究进展(固态电池专题)
张念, 任国玺, 章辉, 周櫈, 刘啸嵩, 等
摘要 +
随着对能源存储设备输出和安全性能等方面需求的不断提升,全固态电池展示了替代传统液态锂离子电池占据新能源市场的潜力。石榴石型Li7La3Zr2O12固体电解质具有高离子导率且对于锂金属稳定,是最受人瞩目的固体电解质材料之一。但是,固-固界面不良接触导致的巨大界面电阻以及由于锂的不均匀沉积和分解导致的锂枝晶生长等问题严重阻碍了全固态电池的发展。本综述针对石榴石型全固态电池突出的界面问题,详细论述了Li7La3Zr2O12表面碳酸锂问题的研究现状;讨论了锂金属负极和固态电解质的界面浸润性以及锂枝晶生长问题,给出了构建理想界面的关键因素;阐述了优化正极与石榴石型固体电解质界面的具体方法以及改善界面润湿性的解决思路。本文还展望了未来石榴石型全固态锂离子
基于等效介质原理的宽角超材料吸波体设计*
吴雨明, 王任, 丁霄, 王秉中, 等
摘要 +
超材料吸波体的吸波性能会受到电磁波入射角度的影响,角度不敏感的吸波材料设计一直是吸波材料设计的难点之一。本文基于等效介质原理设计了一种宽入射角超材料吸波体。超材料吸波体单元由竖直放置在理想导体(PEC)上的双面开口谐振环组成,谐振环开口处加载集总电阻R和集总电容C,其中电阻R用于调控超材料的等效电磁参数,电容C用于调控超材料的谐振频率和实现单元小型化。当TE波(横电波,电场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射时,电阻R=4000 Ohm,C=1.5 pF,在1.59 GHz处,本文设计的宽角超材料吸波体实现了70°内90%以上吸波率,当入射角度达到75°,也仍然有85%以上吸波率,并且基于等效介质原理的理论分析结果和仿真结果及测量结果都基本吻合;当TM波(横磁波,磁场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射时,电阻R=1200 Ohm,C=1.5 pF,此时需将超材料单元旋转90°,在1.59 GHz处,本文设计的宽角超材料吸波体实现了70°内90%以上吸波率,当入射角度达到75°,也仍然有85%以上吸波率。测试结果基本与仿真结果吻合。此外,当电容C发生改变而其余参数不改变时,本文设计的超材料吸波体在新的谐振频率处仍然具有同样的宽角吸波性能,具有宽频带的工作特性。
高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生
田康振, 胡永胜, 任和, 祁思胜, 杨安平, 冯宪, 杨志勇, 等
摘要 +
测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系。基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15 μm的阶跃折射率非线性光纤。采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱的产生特性。在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65玻璃显示出最高的激光损伤阈值。以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.25,背景损耗<2 dB/m。采用4.8 μm 的飞秒激光抽运长度为10 cm的光纤,获得了覆盖2.5 -7.5 μm 的超连续谱。这些结果表明,Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带超连续谱产生的非线性介质。
Be+离子和Li原子极化率和超极化率的理论研究
王婷, 蒋丽, 王霞, 董 晨钟, 武中文, 蒋军, 等
摘要 +
利用相对论组态相互作用模型势方法计算了Be+离子和Li原子的波函数、能级和振子强度,进一步得到了基态的电偶极极化率和超极化率,并详细分析了不同中间态对基态超极化率的贡献。对于Be+离子,电偶极极化率和超极化率与已有的理论结果符合得非常好。对于Li原子,电偶极极化率与已有的理论结果符合得很好,但是不同理论方法计算给出的超极化率差别非常大,最大的差别超过了一个数量级。通过分析不同中间态对Li原子基态超极化率的贡献,解释了不同理论结果之间有较大差异的原因。
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