费密面与电化学(一) 定性的描述

从量子统计处理固体电子状态的费密面和费密球概念出发,对电化学体系中的电极电势的本质进行了讨论。在此基础上说明了电流与费密面附近能态占据情况变化的关系,以及理想极化和理想非极化电极的费密面的特征。电极—电解质溶液界面相的双层结构与电极费密面的结构密切相关。从费密面的特征讨论了零电荷电势。在电化学适用的范围内,费密面近似地用球面来表示。     

无序杂质、磁场对“三明治”式二维系统电导的影响

为研究二维电子系统中电子输运的问题及在磁场作用下二维无序杂质系统电导的物理性质,通过运用格林函数以及散射矩阵理论的方法,在格点模型的基础上,对"三明治"式二维电子系统电导的量子化现象进行了分析。导线与散射体的接触减小了系统的电导,削减了电导量子台阶现象,使得系统的电导随着导线与介质间耦合的变小而降低;当系统受到外磁场作用时,系统电导的变化随着磁场的变化表现出周期性震荡行为,这种震荡变化的剧烈程度与电子的能量有关;受杂质散射的影响,系统电导随无序杂质浓度的增大而减小,在某些特殊掺杂的浓度下,对于一些特殊的电子能量,系统的电导可以达到理想情况下的阶梯值。研究成果对于"三明治"式二维电子系统电导的进一步研究具有借鉴意义。     

势垒中粒子波包的运动

本文用高斯波包对粒子的运动进行描述,通过数值求解含时薛定谔方程对二维电子气中波包的运动进行研究.通过对不同能量时波包透射性的研究,阐明了其粒子性和波动性.在我们的工作中,波包宽度不同,透射率与能量的关系不同.     

二维晶体中表面磁极化子的性质

采用Larsen方法研究二维晶体中表面磁极化子的性质，导出了表面磁极化子的基态能量，讨论了基态能量与磁场B的关系．计算结果表明：在强磁场情况下，由于电子—表面光学声子—磁场的耦合使表面磁极化子的基态能量下降很多。     

电子在磁埸中运动的对称性

本文在普遍讨论电子在磁场中运动对称性的基础上,较详细地讨论电子在二维磁场中运动的对称性,采用把一个算符分解为具有玻色子、费米子性质的产生算符和消灭算符组合的方法,同时计算出相对论和非相对论情况下电子在二维均匀磁场中的能量。此外,对具有确定宇称的三维磁场中运动电子的对称性也作了讨论。     

计入三维热效应对可倾瓦推力轴承动力特性的影响

在考虑三维热效应的情况下,研究线支撑可倾瓦推力轴承的动力特性.建立广义雷诺方程、完整的三维能量方程、瓦体的热传导方程和温粘关系,联立求解非线性偏微分方程组,计算油膜的刚度和阻尼系数.研究表明：温度变化对可倾瓦推力轴承的动力特性有较大影响;与不计入热效应的线支撑可倾瓦推力轴承相比,计入三维热流体的可倾瓦推力轴承的油膜刚度和阻尼系数会增大,其理论计算结果更接近实际工况;随着载荷、入口温度的增加以及转速的减小,油膜的刚度和阻尼也会随之增大.     

HT-7装置中低杂波电流驱动时的电子温度

在HT-7托卡马克实验装置中采用低杂波电流驱动,在不同低杂波功率和电子密度(ne)下,考察中心电子温度和能量约束时间的变化。观察到当ne=1.3×1019~2.6×1019m-3时,中心电子温度随低杂波输入功率的增大而升高;当ne=1.3×1019m-3,低杂波输入功率为400 kW时,电子温度最高,达到1.37 keV。在本实验参数范围内,其能量约束时间与ITER89-P L-模定标率十分吻合。比较欧姆加热和低杂波加热下的电子温度分布,当ne=1.71×1019m-3,低杂波输入功率为260 kW时,电子温度有明显的温度梯度出现。     

与二维电子气耦合的双量子点中的自旋极化输运

研究磁场作用下与左右两个二维电子气耦合的双量子点系统中的自旋极化输运过程.结果发现当两个量子点靠近时,电导中会出现Dicke效应导致的不对称尖峰.随着量子点间的距离增大,Dicke尖峰变宽并向低能级方向移动.当磁场只施加在二维电子气中时,量子点中的电导是自旋无极化的;但是当量子点的能级发生塞曼分裂时,电导中自旋朝上和朝下电导的尖峰在能量空间向相反方向移动,但保持大小不变.计算结果还发现两个量子点能级的差会在电导的Dicke尖峰附近产生额外的谷,并降低尖峰的高度.所研究的结构有望用于自旋过滤或分离装置.     

载能粒子与基底上方二维电子气间的相互作用

采用线性化量子流体动力学模型,研究了载能粒子与存在基底情况下二维平面电子气间的相互作用,讨论基底介电常数对扰动电子气密度、入射粒子所受阻止力及侧向力的影响。结果表明,随着基底介电常数的增大,扰动电子气密度振荡的波长变大,在入射粒子速度较低时,介电常数对其所受阻止力和侧向力几乎无影响,而在速度较高时影响很大。     

HEMT材料的电子辐射效应

用能量为１～１．８ＭｅＶ、注量为１０￣（１３）～１０￣（１０）／ｃｍ￣２的电子，对ＨＥＭＴ（高电子迁移率晶体管）材料进行辐照，得到了材料结构中的２维电子气（２ＤＥＧ）的电输运性质随辐照电子能量和注量的变化关系，井进行了讨论．还将该结果与电子辐照Ｐ－ＨＥＭＴ和ＬＴ－ＨＥＭＴ材料的结果进行了比较，对异质结界面的辐照效应进行了分析。     

温度和量子线的纵横比对电导振荡现象的影响

利用两端区域为二维自由电子气 ,中间区域为准一维均匀直通道的简单理论模型 ,即 2D_准 1D_2D模型 ,研究了低温下不同纵横比 (通道长宽比 )的量子线电子弹道输运性质 .理论计算结果表明 ,量子线弹道区电子输运性质与通道纵横比和温度两者有密切关系 ,即随重整化标准费米能变化而产生的电导量子化和电导振荡现象强烈地依赖于温度和通道纵横比两者 ,而不仅仅依赖温度 .     

非晶半导体带隙定域态中的跳跃导电

本文根据非晶半导体中的荷电悬挂键模型,用统计力学的方法推导出三种荷电缺陷中心的分布函数,并由此得到系统的费米能级和荷电中心上平均电子数的关系式。通过计算电子由一种缺陷中心向另一种缺陷中心的跳跃几率,解释了非晶半导体中的低温带隙跳跃导电问题。     

广义不确定性原理下广义外势中n维理想费米气体的热力学性质

采用Thomas-Fermi的半经典近似,研究了广义不确定性原理下广义外势中n维理想费米气体的热力学性质.解析计算出平均粒子数、内能和热容等热力学量,给出了低温条件下上述热力学量及化学势、费米能和基态能的解析表达式以及考虑广义不确定性原理的修正项;在低温条件下,数值分析了外势与广义不确定性原理对铜电子气体及电子密度更高的电子系统热力学性质的影响,发现:1)考虑广义不确定性原理时,外势对电子系统的影响很大,使广义不确定性原理的修正项增加了6~11个数量级.2)粒子数密度越大、粒子质量越小,广义不确定性原理的影响越大.3)广义不确定性原理导致内能随温度的增加先增大,当温度升到某一数值时(对三维谐振势中的铜电子气体,T/T_(F0)~0.22)时,增值为0,温度再增加内能减少;热容随温度的增加减少;化学势、费米能和基态能随温度的升高而增大.     

Zero-resistance states induced by electromagnetic-wave excitation in GaAs/AlGaAs heterostructures

The observation of vanishing electrical resistance in condensed matter has led to the discovery of new phenomena such as, for example, superconductivity, where a zero-resistance state can be detected in a metal below a transition temperature T(c) (ref. 1). More recently, quantum Hall effects were discovered from investigations of zero-resistance states at low temperatures and high magnetic fields in two-dimensional electron systems (2DESs). In quantum Hall systems and superconductors, zero-resistance states often coincide with the appearance of a gap in the energy spectrum. Here we report the observation of zero-resistance states and energy gaps in a surprising setting: ultrahigh-mobility GaAs/AlGaAs heterostructures that contain a 2DES exhibit vanishing diagonal resistance without Hall resistance quantization at low temperatures and low magnetic fields when the specimen is subjected to electromagnetic wave excitation. Zero-resistance-states occur about magnetic fields B = 4/5 Bf and B = 4/9 Bf, where Bf = 2pifm*/e,m* is the electron mass, e is the electron charge, and f is the electromagnetic-wave frequency. Activated transport measurements on the resistance minima also indicate an energy gap at the Fermi level. The results suggest an unexpected radiation-induced, electronic-state-transition in the GaAs/AlGaAs 2DES.     

Electron pockets in the Fermi surface of hole-doped high-Tc superconductors

High-temperature superconductivity in copper oxides occurs when the materials are chemically tuned to have a carrier concentration intermediate between their metallic state at high doping and their insulating state at zero doping. The underlying evolution of the electron system in the absence of superconductivity is still unclear, and a question of central importance is whether it involves any intermediate phase with broken symmetry. The Fermi surface of the electronic states in the underdoped 'YBCO' materials YBa2Cu3O(y) and YBa2Cu4O8 was recently shown to include small pockets, in contrast with the large cylinder that characterizes the overdoped regime, pointing to a topological change in the Fermi surface. Here we report the observation of a negative Hall resistance in the magnetic-field-induced normal state of YBa2Cu3O(y) and YBa2Cu4O8, which reveals that these pockets are electron-like rather than hole-like. We propose that these electron pockets most probably arise from a reconstruction of the Fermi surface caused by the onset of a density-wave phase, as is thought to occur in the electron-doped copper oxides near the onset of antiferromagnetic order. Comparison with materials of the La2CuO4 family that exhibit spin/charge density-wave order suggests that a Fermi surface reconstruction also occurs in those materials, pointing to a generic property of high-transition-temperature (T(c)) superconductors.     

Quantum phase transition in a resonant level coupled to interacting leads

A Luttinger liquid is an interacting one-dimensional electronic system, quite distinct from the 'conventional' Fermi liquids formed by interacting electrons in two and three dimensions. Some of the most striking properties of Luttinger liquids are revealed in the process of electron tunnelling. For example, as a function of the applied bias voltage or temperature, the tunnelling current exhibits a non-trivial power-law suppression. (There is no such suppression in a conventional Fermi liquid.) Here, using a carbon nanotube connected to resistive leads, we create a system that emulates tunnelling in a Luttinger liquid, by controlling the interaction of the tunnelling electron with its environment. We further replace a single tunnelling barrier with a double-barrier, resonant-level structure and investigate resonant tunnelling between Luttinger liquids. At low temperatures, we observe perfect transparency of the resonant level embedded in the interacting environment, and the width of the resonance tends to zero. We argue that this behaviour results from many-body physics of interacting electrons, and signals the presence of a quantum phase transition. Given that many parameters, including the interaction strength, can be precisely controlled in our samples, this is an attractive model system for studying quantum critical phenomena in general, with wide-reaching implications for understanding quantum phase transitions in more complex systems, such as cold atoms and strongly correlated bulk materials.     

UGe2在铁磁态下费米面

近些年发现UGe2在一定压强和温度下铁磁态与超导态共存,因为以前传统理论认为铁磁态与超导态之间是竞争关系,所以共存的可能性很小.这引起了人们的极大兴趣.由于超导凝聚电子对一般只发生在费米面附近,费米面的图像的研究,对于这个问题的研究有很重要的意义.本文重点介绍,材料UGe2在铁磁态下费米面的变化.     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡（Paraffin, PA）-膨胀石墨（Expanded Graphite, EG）复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明,发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

Fermi能级钉扎理论及ZnSnO3气敏材料表面态测定

为了进一步研究ZnSnO3气敏半导体表面的能带结构情况和电子得失情况,提出了Fermi能级钉扎理论在气敏材料开发研究中的应用．从实验出发,利用具有高表面态的FeCl2／FeCl3氧化还原对测定了ZnSnO3气敏材料的表面态与表面处导带底的相对位置．结果发现：Femli能级被钉扎在ZnSnO3表面处导带边Ecs下面约0．2eV处．其值基本上不受杂质掺入比例的影响,与掺杂剂的掺入浓度基本上无关,与工作气氛也基本上无关．从而从实验上验证了Fermi能级钉扎理论．     

V掺杂CrSi2能带结构的第1性原理计算

 采用基于第1性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法和广义梯度近似,计算了V掺杂CrSi₂体系的能带结构和态密度,计算结果表明,本体CrSi₂是具有ΔE_g=0.35eV狭窄能隙的间接带隙半导体,其费米面附近的态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的态密度决定;V替代Cr掺杂后,费米能级进入价带,费米面插在价带的中间,带隙变窄,且间接带隙宽度ΔE_g=0.25eV;掺杂后费米面附近的电子能态密度则由Cr的3d层电子、V的3d层电子和Si的3p层电子的态密度共同决定,掺杂后V原子成为受主,在价带顶附近贡献了一定数量的空穴,使掺杂后CrSi₂的导电类型变为p型,提高了材料的电导率.