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基于缺陷态钝化的高效稳定蓝光钙钛矿发光二极管
吴海妍, 唐建新, 李艳青
2020, 69 (13): 138502. doi: 10.7498/aps.69.20200566
摘要 +
钙钛矿材料由于具备带隙易调、光致发光量子产率高、色纯度高、载流子迁移率高、可低温溶液加工、电荷传输性能优良等优点, 在照明显示领域大放异彩. 近年来, 通过控制化学计量比、尺寸工程和钝化缺陷等多种策略对钙钛矿微观结构进行调控, 极大地提高了钙钛矿发光二极管(perovskite light emitting diodes, PeLEDs)的性能. 目前,除蓝光外, 绿光、红光、近红外PeLEDs的外量子效率(EQE)均已超过20%. 造成蓝光器件性能停滞不前的主要原因是蓝光钙钛矿薄膜较差的覆盖率以及光谱不稳定. 为提高钙钛矿薄膜质量及器件性能, 本文在准二维钙钛矿材料PEAxCsPbBr3–yCly的基础上, 通过引入双添加剂聚乙二醇(PEG)和溴化钾(KBr), 钝化薄膜表面缺陷态, 减小晶粒尺寸, 抑制离子迁移与非辐射复合损耗, 进而提升蓝光钙钛矿器件的效率及光谱稳定性. 最终在488 nm处获得最大亮度为1049 cd·m–2, 电流效率为5.68 cd·A–1, 外量子效率为4.6%的蓝光PeLEDs. 相比于不含添加剂的器件, 效率提升了近3倍, 且具有良好的光谱稳定性和工作寿命.

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级联四波混频相干反馈控制系统量子纠缠特性
仲银银, 潘晓州, 荆杰泰
2020, 69 (13): 130301. doi: 10.7498/aps.69.20200042
摘要 +
本文在级联四波混频结构基础上, 利用光学分束器作为反馈控制器理论构造了一种相干反馈控制系统. 考虑相干反馈回路中光束传输损耗以及原子对光束吸收损耗, 通过计算系统的协方差矩阵以及利用部分转置正定判据, 分析了该系统在不同反馈强度、增益以及相位下的纠缠特性. 结果表明, 系统存在真正的三组份纠缠, 但是反馈控制器过度反馈会破坏系统的三组份量子纠缠特性. 另外, 将相位设为180°, 通过适当改变增益大小以及在0.1—0.4范围内调节分束器反射率的大小可以增强系统的量子纠缠程度. 本文为实验上基于级联四波混频相干反馈控制系统制备多组份纠缠奠定理论基础, 在量子通信领域有着潜在应用.

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超冷6Li费米气体的密度涨落和亚泊松分布
王娟, 张笑天, 武泽茂, 邓书金, 武海斌
2020, 69 (13): 136701. doi: 10.7498/aps.69.20200603
摘要 +
本文实验测量了无相互作用下6Li超冷费米原子气体密度分布的空间噪声涨落. 在量子简并条件下, 研究了理想费米气体的空间原子噪声涨落和量子简并度之间的关系, 在实验上研究了泡利排斥对量子简并费米气体密度涨落的有效抑制, 实现了低温费米量子气体的亚泊松分布测量. 本文发展的原子密度噪声测量方法和测量结果在强相关多体系统的温度测量和观测不可压缩量子相的相变方面具有较大的应用前景.

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开放式多通道多芯少模光纤表面等离子体共振生物传感器
肖士妍, 贾大功, 聂安然, 余辉, 吉喆, 张红霞, 刘铁根
2020, 69 (13): 137802. doi: 10.7498/aps.69.20200353
摘要 +
基于多芯少模光纤结构特性, 提出了一种具有开放式感知通道的多芯少模光纤表面等离子体共振生物传感器. 建立了多芯少模光纤表面等离子体共振生物传感器的模型, 利用有限元方法分析了纤芯气孔间距、膜层厚度、膜层材料以及不同传输模式对传感器性能的影响, 并讨论了传感器多通道感知性能. 仿真分析发现, 纤芯气孔间距决定了倏逝波的耦合强度, 材料特性和模式共同影响了表面等离子体共振峰的位置和灵敏度. 经过计算可知: 当单个凹槽传感通道上沉积100 nm铟锡氧化物薄膜, 分析物折射率范围为1.33—1.39时, LP11ax模式对应的平均光谱灵敏度为12048 nm/RIU(其中RIU为折射率单位, 即refractive index unit), 最高灵敏度为20824.66 nm/RIU, 最大折射率分辨率可达4.8 × 10–6 RIU; 当光纤外围凹槽镀上不同厚度的金膜、银膜和铟锡氧化物膜时, 既可以单独探测生物物质, 也可以联合检测同一生物物质, 实现了传感通道的控制灵活性和测试物质的多样性.

综述

  

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钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展
陈永亮, 唐亚文, 陈沛润, 张力, 刘琪, 赵颖, 黄茜, 张晓丹
2020, 69 (13): 138401. doi: 10.7498/aps.69.20200543
摘要 +
基于钙钛矿材料优异的光电特性, 钙钛矿太阳电池的转换效率迅速提高. 但制约钙钛矿太阳电池性能的因素依然存在, 例如: 界面问题、稳定性问题等. 通过在载流子传输层/电极及载流子传输层/光吸收层之间引入能带结构合适的缓冲层, 可有效改善界面间的能带失配、载流子复合及化学反应等问题, 进而提高钙钛矿电池中的电荷分离及收集效率, 实现界面及稳定性问题的有效改善. 本文总结了当前钙钛矿太阳电池中引入的缓冲层材料,全面分析了不同缓冲层材料钝化空穴传输层/阳极、电子传输层/阴极、空穴传输层/吸收层及电子传输层/吸收层间界面的机理, 对比了不同缓冲层材料对电池性能的影响, 总结了缓冲层材料在钙钛矿电池中的作用, 最后指出了钙钛矿电池中各界面缓冲层材料的研究趋势及发展方向.

专题:电介质材料和物理

  

封面文章

Mn掺杂对KNbO3和(K0.5Na0.5)NbO3无铅钙钛矿陶瓷铁电压电性能的影响
徐泽, 娄路遥, 赵纯林, 汤浩正, 刘亦轩, 李昭, 齐晓梅, 张波萍, 李敬锋, 龚文, 王轲
2020, 69 (12): 127705. doi: 10.7498/aps.69.20200277
摘要 +
(K0.5Na0.5)NbO3基无铅压电陶瓷具有出色的综合铁电压电性能, 已经初步满足了部分实际应用场景的需求. 近期的研究发现, 某些元素的掺杂对优化(K0.5Na0.5)NbO3基陶瓷的机电耦合性能起着至关重要的作用. 本文将MnO2添加到KNbO3和(K0.5Na0.5)NbO3两种压电陶瓷中, 对比研究了Mn掺杂对两种陶瓷微观结构和宏观电学性能的不同影响, 分析了造成这些差异的微观物理机理. 实验结果表明, 掺杂后的两种陶瓷中均存在Mn2+. Mn掺杂会使KNbO3陶瓷的铁电畴尺寸减小、居里温度降低、拉曼光谱中的振动峰宽化、相变过程变得弥散, 并呈现出束腰电滞回线和可回复的双极场致应变曲线; 在(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷中掺杂Mn后, 其性能变化却显著不同, 陶瓷的铁电畴尺寸无明显变化、居里温度未发生变化、拉曼光谱中的振动峰未发生宽化, 呈现出饱和的矩形电滞回线和不可回复的双极场致应变曲线. 这可能是因为, (K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比KNbO3陶瓷具有更大的离子无序度和晶格畸变, 从而使得Mn掺杂所产生的影响相对减小.

青年科学评述

  

青年科学评述

液相外延层层浸渍组装金属-有机框架薄膜及其物理性能
王大为, 谷志刚, 张健
2020, 69 (12): 126801. doi: 10.7498/aps.69.20200274
摘要 +
金属-有机框架(MOF)作为一种通过配位键将金属节点和有机配体连接而成的新型无机-有机杂化多孔有序晶体材料, 因其具有比表面积大、稳定性好、结构多样以及功能可调等优点, 受到人们的广泛关注. MOF薄膜的制备和功能化拓展了其应用领域. 本文重点介绍了用液相外延层层浸渍法组装表面配位金属-有机框架薄膜(SURMOF), 并总结了部分SURMOF在光学、电学等方面的物理性能, 以及对SURMOF的应用前景进行了展望.

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光子增加双模压缩真空态在马赫-曾德尔干涉仪相位测量中的应用
王帅, 眭永兴, 孟祥国
2020, 69 (12): 124202. doi: 10.7498/aps.69.20200179
摘要 +
量子度量学主要是利用量子效应来提高参数估计的精度, 以期突破标准量子极限, 甚至达到海森伯极限. 本文研究了一般光子增加双模压缩真空态作为马赫-曾德尔干涉仪的探测态时, 在何种情况下能够提高待测相位的测量精度. 根据量子Fisher信息理论, 尽管在探测态具有相同的平均光子数这一约束条件下, 对称的和非对称的光子增加操作并不能提高相位的测量精度. 但若是在给定初始压缩参数的情况下, 对称的和非对称的光子增加操作却能够增强相位的测量精度. 另外, 基于宇称测量的研究结果表明, 对于对称光子增加双模压缩真空态, 只有当待测相位趋于零时, 宇称测量才是最优测量. 而对于非对称光子增加双模压缩真空态, 宇称测量并不是最优测量方案.

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AlGaN表面相分离的同位微区荧光光谱和高空间分辨表面电势表征
刘博阳, 宋文涛, 刘争晖, 孙晓娟, 王开明, 王亚坤, 张春玉, 陈科蓓, 徐耿钊, 徐科, 黎大兵
2020, 69 (12): 127302. doi: 10.7498/aps.69.20200099
摘要 +
AlGaN是制备深紫外光电器件和电子器件的重要材料. 随着Al组分的增加, AlGaN材料表面容易出现局域组分不均匀的相分离现象, 进而影响器件的性能. 为了探索相分离的微观机制, 本文采用了同位的共聚焦微区荧光光谱和扫描开尔文探针显微术对不同Al组分的AlGaN表面相分离现象进行了表征. 三片样品的Al组分比分别约为0.3, 0.5和0.7. 本文采用的基于双频锁相的单次扫描开尔文探针显微术, 可获得高空间分辨(约10 nm)的表面电势像. 在微区荧光光谱中出现明显相分离现象的区域, 利用此方法获得的表面电势像可以清晰地观察到犬牙交错的台阶及其表面凹坑边缘的电势变化, 对应组分的不均匀性. 随着台阶转入台阶流的形态, 表面凹坑逐渐缩小和合并, 台阶和凹坑边缘不再出现明显的电势畴界, 光谱中相分离的现象消失. 实验结果表明, AlGaN表面的台阶和凹坑边缘是产生组分不均匀性, 进而在光谱中产生相分离现象的主要原因; 结合同位微区荧光光谱, 高分辨的扫描开尔文探针显微术是一种有效的表征AlGaN相分离微观机制的方法.

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基于希尔伯特变换的结构光照明快速三维彩色显微成像方法
千佳, 党诗沛, 周兴, 但旦, 汪召军, 赵天宇, 梁言生, 姚保利, 雷铭
2020, 69 (12): 128701. doi: 10.7498/aps.69.20200352
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结构光照明显微是一种宽场显微技术, 可以实现超分辨成像和三维光切片成像. 基于HSV (色相、饱和度、明度)彩色空间的结构光照明全彩色三维光切片成像技术可以复原样品表面的真彩色信息, 但每一层光切片都需要采集3幅固定相移差的原始图像, 这对于需要多视场拼接的大尺寸样品而言, 图像采集数据量大、图像重构时间长的缺点就凸显出来. 鉴于此, 本文提出一种基于希尔伯特变换的结构光照明快速三维彩色显微成像方法, 只需在样品的每一层采集2幅原始图像便可以重构出该层的全彩色光切片图像, 因此图像采集量减少了1/3, 图像重构时间节约了约28%, 有效提高了彩色三维成像的效率和速度.
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