稀土离子对DBS表面包覆的Fe2O3纳米微粒非线性光学特性的影响

半导体超微粒因其在光作用下产生局域浓度很高的载流子而导致显著的光发射和非线性光学响应,并且表面修饰能极大地改变半导体超微粒的这些特性。Fe_2O_3纳米微粒是一类重要的过渡金属半导体材料。文献报道表面包覆的Fe_2O_3纳米微粒溶胶具有较大的三阶非线性极化率,而未见有关稀土RE~（3 ）掺杂的 Fe_2O_3纳米微粒溶胶的研究报道。本文采用胶体化学法首次制备了用DBS（十二烷基苯磺酸钠）包覆其表面的稀土RE~（3 ）（RE=Ce,Pr,Sm,Tb）掺于Fe_2O_3晶格内的纳米微粒溶胶和附着于Fe_2O_3表面的纳米微粒溶胶。研究了它们与表面包覆的和裸的 Fe_2O_3纳米微粒以及体Fe_2O_3吸收光谱的差异。在Ar~ 488nm激光的作用下,采用Z-scan技术对上述四种纳米微粒的非线性光学特性进行研究。结果表明,与表面包覆的Fe_2O_3纳米微粒溶胶相比,表面包覆的稀土离子掺杂于Fe_2O_3晶格内的纳米微粒溶胶其三阶     

氧化亚铜纳米微粒的制备及光学特性

半导体纳米微粒由于量子限域效应(Quantum confinement effect)而产生一系列新现象,其中超快速的光学非线性响应倍受注目,预期它将成为未来光电子学应用的基础材料.研究纳米微粒光吸收及弛豫性质,有助于我们深入探讨其光学非线性的响应机制.当半导体微粒尺寸小到位于其体相的激子玻尔半径 a_B 的尺度时,可以观察到一系列的电子态与光学性质的变化,这样的例子有 CdS,CuCl,CdSe,PbS 等半导体微晶体系,     

Mn~(2+)离子掺杂的纳米尺寸ZnS半导体超微粒的制备和光学性质

近年来纳米尺寸半导体超微粒的合成和光学性质研究引起了人们广泛的关注,并迅速发展成非常活跃的研究领域.各种半导体(如Ⅱ～Ⅵ族的CdS,ZnS,Ⅲ～Ⅴ族的GaP,GaAs等)超微粒被制备在聚合物、有机溶液和玻璃等介质中.伴随着微粒尺寸的减小,显著的量子尺寸效应和由之引起的各种光学性质变化在这些材料中得到了系统的研究,量子尺寸效应和各种非线性响应增强机制的理论和实验工作也日趋完善.但是,这些工作仅限于研究半     

多元铜基硫族半导体纳米晶的发光性能及其在电致发光器件中的应用进展

半导体纳米晶(又称为半导体量子点)由于其色纯度高和尺寸依赖的发光性能等优势,在照明和显示方面受到了科学界和产业界的广泛关注.目前,基于半导体量子点的电致发光器件所使用的发光材料以镉基硫族化合物量子点为主,然而镉元素对环境和人体都有一定的危害.因此,开发一种环境友好且光电性能良好的无镉半导体纳米晶是非常必要的.近年来,多元铜基硫族半导体纳米晶由于其毒性低、组分可调的发光特性及其在光电子器件领域的潜在应用受到了广泛关注.本文详细综述了多元铜基硫族半导体纳米晶的组分、表面配体、晶体结构和纳米结构等因素对其发光特性的影响,着重阐述了多元铜基硫族半导体纳米晶在电致发光器件中的研究进展,最后对多元铜基硫族半导体纳米晶的发展进行了展望.     

埋入SiO2薄膜中纳米Si的Raman散射和室温可见光致发光

1990年英国人Canham报道的多孔硅室温可见光致发光,显示了Si材料在光电子技术方面的潜力,这为全Si光电子电路的实现带来了曙光,使人们受到了极大鼓舞.近几年人们对多孔Si的研究已经非常深入,尽管目前还没有统一的模型能解释全部实验结果,但是可以肯定的是,从扫描隧道电镜观察到多孔Si是具有2～5nm尺寸的纳米微粒,这种低维的纳米微粒是获得可见光发射的主要原因.目前多孔Si多用湿法制备,性能不稳定,电接触方面存在困难,严重限制了它的应用.因此,探索制备有纳米结构的Si及Si基合金以获得强的可见光发射,具有极重要的意义.     

非晶态SiO2中纳米ZnS的量子尺寸效应与非线性光学效应

纳米材料是低维材料的一种,是目前材料科学研究的热点和前沿.纳米复合材料因具有很强的非线性光学效应而引起人们的兴趣.1983年Jain和Lind首先发现掺有Cd(SSe)的玻璃具有较高的三阶非线性极化率和高的响应速率,Cd(SSe)的尺寸被估计为10～100nm.这揭开了半导体掺杂纳米复合材料的研究序幕.多年来有许多人从事这方面的研究工作,日本的Nogami等研究了CdS,PbS,CuCl,CdTe等分散在SiO_2玻璃中的复合材料的量子尺寸效应和吸收光谱.西安交通大学电子材料研究所在这方面作了大量的研究工作,制备了一系列化合物牛导体微晶与多孔SiO_2玻璃的复合材料,并且研究了复合材料的结构与特性。     

ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

纳米Fe的低温比热

纳米微晶是由纳米量级(1～100nm)晶粒构成的多晶物质.纳米微晶是由两种组元组成,其一为晶体组元,该组元中所有原子都位于晶格内的格点上;另一部分为界面组元,其原子都位于晶粒之间的界面上.由于纳米微晶物质的界面比大尺寸晶粒物质大得多,且晶体组元又远小于大尺寸晶粒物质,这样纳米微晶就表现出不同于普通晶体的结构特点和物理性质.纳米铁的磁性和Mǒssbauer谱的测量表明,纳米Fe的饱和磁化强度远小于大块α-Fe和非晶铁的饱和磁化强度,并且纳米Fe界面组分的居里温度T_c比大块多晶Fe低,这意味着     

纳米尺寸ZnS胶体颗粒结构状态的STM研究

纳米尺寸颗粒介于分子、原子及体材料之间,对它们的各种性质的研究目前已引起了广泛的重视.形成物质纳米尺寸凝聚态颗粒的方法可初步分为两大类,一类涉及到原子的聚集,另外一类方法则利用受控化学反应产生凝聚态物质颗粒的胶体溶液.运用第二类方法形成的ZnS,CdS等半导体颗粒,在光照条件下,价带上的电子吸收适当波长的光跃迁至导带,形成空穴-电子对.电子与空穴迁移至半导体颗粒表面,即可与颗粒表面的底物发生氧化还原反应,实现光电的化学转化.由于这种光催化作用,使得它们     

CuO/SiO2纳米复合材料的合成及其光学特性研究

1983年,Jain和Lind首先研究了掺Cd SxSe_(1-x)半导体微晶玻璃的非线性光学性能,发现其具有大的非线性系数和高的非线性响应速度.人们研究了这类非线性光学材料,并在材料性能的改进和影响材料非线性性能的微观机制,以及新的制取方法、原形器件等方面做了许多有意义的工作.但是,到目前为止,有关半导体微晶玻璃的非线性增强机理、粒径、介质本身对性能的影响,材料制备及其稳定性等问题都有待于进一步探索和研究.本文主要采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在较低的温度下制备出CuO/SiO_2纳米复合材料,并对其结构及光     

PbTiO_3微晶在凝胶玻璃中的生长及其尺寸效应

以铁电相为主晶相的微晶玻璃在电光效应,高介介质,以及调节玻璃的热胀系数等方面具有重要的应用价值,自60年代就引起人们关注.随着当前纳米铁电微晶和精细复合技术研究的深入,迫切需要克服铁电超微粒子的团聚,获得尺寸易控的纳米铁电微晶以及制备新的复合体系.若能利用玻璃体中的受限环境原位析出尺寸易控的PbTiO_3超微晶粒对该领     

热处理对表面包覆纳米In2O3有机溶胶光学性质的影响

1983年美国Hugles研究所的Jain和Lind在市售的半导体微晶掺杂的滤波玻璃中发现了半导体纳米材料大的三阶非线性效应和超快速的时间响应.从此半导体纳米材料作为一种新的非线性光学材料引起了科学界的瞩目,对它的研究也蓬勃开展起来.体相In_2O_3是一类具有较大非共振三阶光学非线性的无机材料(λ=1.9μm,x~(3)=1700×10~(-15)esu.为了研究其在纳米尺度下光学非线性的变化和寻找高光学非线性的半导体纳米材料,我们采用热水解法合成了表面包覆有硬脂酸的纳米In_2O_3有机溶胶体系.采用表面包覆是基于以下两方面的考虑:首先,纳米材料由于其微小的颗粒和大的表面积,是热动力学上不     

同步辐射X射线衍射研究Si中δ掺杂(Sb)结构

半导体中掺杂是控制半导体的光电性能的手段,杂质在半导体中的浓度和分布等结构参数与材料的物理性质直接相关。随着分子束外延等材料生长技术的发展,新型的半导体材料如超晶格已经广泛地吸引了人们的注意。δ掺杂是近年来国际上出现的又一种新的结构,它可减少二维电子(空穴)气系统中的杂质离子散射,在科学和技术应用上都有重要意义。 δ掺杂样品中的杂质离子仅分布在几个纳米的尺度内,一些常用的结构成分分析方法难以进行检测。如Rutherford背散射(RBS)、中能离子散射(MEIS)只对浓度原子百分比大于10~(-2)％杂质敏感,而二次离子质谱(SIMS)的空间分辨一般为3μm左右。X射线是检测物质结构的有效方法,常规光源的强度不足以测量到足够的衍射振荡来分析δ掺杂的结构。同步辐射光源是高亮度的X射线光源,它已成功地用来测量δ掺杂的结构。 北京同步辐射装置漫散射实验站所用光源来自4W1C光束线,X光经一块压弯的三角形硅单晶单色化并水平聚焦后,再由一块全反射柱面镜进行垂直聚焦和滤去高次谐波,在样品处得到光斑大小为0.3mm×0.5mm、垂直发散度为0.1m rad的单色光。本实验中,三角弯晶为Si(111),所得的单色光波长为0.154nm。衍射平面在垂直方向,以利用同步光的水平偏振和垂直发散度小的特点。样品和探测器     

纳米相铁电钛酸铅超微粉的相变

随着光电子学的发展,纳米材料正起着越来越重要的作用.近来的理论研究表明,纳米尺寸的半导体微晶具有较高的三阶非线性极化率和快速响应速度.因此,纳米材料的研究十分活跃.但由于多元化学组成和很高的结晶温度,采用普通的工艺以及气相冷凝的方法难于得到纳米尺寸的铁电粒子.然而,体材料中纳米相的研究可以追溯到50年代,Kanzig在纯净的BaTiO_3中观察到了环境温度高于Curie温度时存在着尺寸为10～100nm的极性微区.这种极性微区现在称为Kanzig微区.后来,扩散相变的研究、微畴-宏畴转变的研究等都采用了这一概念.     

复合在共聚物胶束中的半导体纳米粒子形态的调控

分别在水和乙醇溶液中制备了两亲性嵌段共聚物(PMMA-b-PLDMA)的胶束. 因为共聚物的亲水链段含有金属铅离子, 所以通过与硫化氢气体的反应在共聚物胶束溶液中原位制备了PbS半导体纳米粒子与共聚物胶束复合的杂化微粒. 实验中通过调节胶束的自组装形态、共聚物胶束的溶液性质及硫化氢通入量来调节复合在胶束中的半导体纳米粒子的形态, 这为调节半导体纳米粒子自身的特殊性质等提供了参考.     

自组织生长纳米半导体量子点的研究进展

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在成为量子功能器件研究中的一个热点领域 .作为纳米量子点的制备方法 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视 .而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家所广泛关注 .因为这是由自组织方法形成的纳米量子点最终能否实现器件实用化的关键 .本文将以纳米量子点→自组织生长→形成机理→尺寸与密度可控为主线 ,简要介绍近 1 0年来纳米量子点自组织生长技术的研究进展 .     

新型半导体深能级掺杂机制研究

掺杂技术是现代半导体技术的核心之一.本文介绍了荣获2017年国家自然科学奖二等奖的项目,重点围绕宽禁带半导体材料、二维半导体材料的能带结构和器件,系统地研究了几类重要的半导体材料的深能级掺杂机制,并进行性能预测.主要创新工作包括:(1)提出了钝化共掺杂方法,增加了TiO_2的光催化效率;(2)发现了空穴导致非磁半导体中d~0铁磁性的新的物理机制;(3)为克服小量子系统掺杂瓶颈,提出通过共掺杂方法在材料中形成杂质能带,降低杂质电离能以提高载流子浓度;(4)对两类新型的二维半导体材料,即过渡金属硫化物以及石墨炔,发现了一系列新奇的物理现象和掺杂机理.这些工作对半导体掺杂理论的发展、新一代纳米器件和第三代半导体器件的结构设计以及性能预测将起到重要的指导作用.     

纳米硅粉末的制备及红外吸收光谱研究

纳米硅和多孔硅发光的发现,引起了人们对纳米级半导体材料研究的重视.对这种现象的解释主要归结为以下两点:一是因颗粒尺寸小而引起能带结构的变化,导致跃迁选择定则改变引起发光,即所谓量子尺寸效应;二是在硅小颗粒表面的氢、氧等杂质与硅化合形成缺陷,悬键所引起发光。目前对这两种解释尚无定论。对于后者,弄清楚纳米硅中氢、氧的存在方式与结构的关系对研究纳米硅的发光机理有很重要的意义。红外吸收光谱作为探测硅中的氢、氧等的手段已进行了很多的研究。本文利用激光诱导化学气相沉积法(LICVD)用SiH_4为原料制备了平均粒度为10～12nm的晶态纳米硅粉。并通过红外吸收光谱对纳米硅粉末中的氢和表面氧化所引起的氧的存在情况进行了分析。发现纳米硅粉末由于表面原子活性大,有氧化现象,在其中存在(H_2-Si)。原于团和HSiO两种类型的硅氢结构。前者是一种不稳定结构,退火温度达到600℃时分解,在红外谱上的吸收峰消失;后者是一种稳定结构,随退火温度的升高,氧含量的增多,向高波数方向移动。这主要是由于氧的电负性对H-Si的影响形成的。     

CTAB-正己醇-正庚烷-水四元反相胶束体系制备CdS纳米微粒及其光学性质

制备和表征了CTAB-正己醇-正庚烷-水四元反相胶束体系, 确定了微液滴呈单分散且稳定的反相胶束区域, 并以微液滴为“微反应器”合成了CdS纳米微粒; 研究了反相胶束体系的四元组成对纳米微粒的尺寸及分布、 形貌、光学性质和稳定性的影响. 当W = 24.45 (W = [水]/[CTAB]), P = 5.27 (P =[正己醇]/[CTAB]), [CTAB] = 0.19 mol/L, [Cd2+]和[S2－]为8.45 ( 10－4 mol/L时, 可得到尺寸均一的CdS纳米微粒, 其粒径为6～8 nm.     

纳米微粒SnO2的光限幅特性

随着高灵敏快响应光电探测器的广泛应用,迫切需要研制一些光限幅器来保护这些精密仪器。光限幅器的工作原理是基于材料的非线性光学特性,因而选择合适材料并研究它的非线性光学响应是非线性光学中非常重要的课题。纳米微粒有相对大的比表面积,在微粒表面存在大量原子空位或缺陷,形成表面受陷态(trapped states)。在外界激光作用下,这些表面受陷态成为有效光生载流子的无辐射途径,导致大的热致折射率变化,形成瞬态热透镜。这个热透镜使信号光束出现扩散或会聚,通过选择样品相对位置,从而实现光束限幅效应。近年来,利用非线性光学原理的光限幅效应研究已有一些报道,大多采用的是有机非线性材料和体相半导体材料,但存在着材料稳定性差及限制效果不太理想等局限性。利用单光束Z-扫描技术,本文进行了表面修饰的SnO_2纳米微粒热致折射率n_2测量和它的光限幅特性研究。