不同厚度三维拓扑绝缘体Sb2Te3的圆偏振光电流光谱研究

本文研究了不同厚度三维拓扑绝缘体Sb2Te3的圆偏振光致电流光谱。研究表明，在1064纳米圆偏振激光激发下，厚度为7纳米的三维拓扑绝缘体Sb2Te3薄膜的圆偏振光致电流与厚度为30纳米的样品的符号相反。原子力显微镜的分析表明30纳米的样品比7纳米的样品具有更大表面粗糙度，这使得30纳米样品的上表面态对圆偏振光致电流的贡献减小，使其下表面态的贡献占主导。而7样品的样品是上表面态的贡献占主导，从而相比厚度为30纳米的样品出现了反号。研究表明，在960纳米激光激发下，厚度为30纳米和7纳米的样品呈现相同的符号。进一步研究表明这个信号可能与InP衬底的自旋注入有关。     

不同厚度三维拓扑绝缘体Sb2Te3的圆偏振光致电流光谱

针对观察到厚度为7 nm的三维拓扑绝缘体Sb_2Te_3薄膜的圆偏振光致电流与厚度为30 nm样品的符号相反这一情况,提出进一步利用原子力显微镜表征的方法.利用1 064 nm圆偏振激光的激发,发现30 nm的样品比7 nm的样品具有更大表面粗糙度,从而得到30 nm样品的上表面态对圆偏振光致电流的贡献减小,使其下表面态的贡献占主导;而7 nm的样品为上表面态的贡献占主导,故相比厚度为30 nm的样品出现了反号这一结论.同时利用960 nm激光激发样品,发现厚度为30和7 nm的样品呈现相同的符号,进一步研究表明这个信号可能与InP衬底的自旋注入有关.     

Bi2Se3纳米片的生长及其圆偏振光电流的研究

本文采用化学气相沉积法制备了三维拓扑绝缘体Bi₂Se₃纳米片。对Bi₂Se₃纳米片进行了详细的表征并研究了样品的圆偏振光致电流。在1064纳米圆偏振激光激发下,Bi₂Se₃纳米片的圆偏振光致电流强度随入射角的增大而逐渐增大。研究发现圆偏振光电流强度随着温度的降低先增大后减小,这与动量弛豫时间及电子空穴复合率相关。此外,我们还通过外加离子液体栅压调控Bi₂Se₃纳米片的圆偏振光致电流,圆偏振光致电流强度随着外加偏压的增大而减小,这是由于我们所测得的圆偏振光致电流由拓扑绝缘体Bi₂Se₃表面信号与二维电子气信号叠加形成,且二者方向相反导致。     

Bi_2Se_3纳米片的生长及其圆偏振光电流

采用化学气相沉积法制备三维拓扑绝缘体Bi_2Se_3纳米片,对其进行详细的表征并研究样品的圆偏振光致电流.在1 064 nm圆偏振激光激发下,Bi_2Se_3纳米片的圆偏振光致电流强度随着入射角的增大而逐渐增大.研究发现,圆偏振光电流强度随着温度的降低先增大后减小,这与动量弛豫时间及电子空穴复合率相关.此外,通过外加离子液体栅压调控Bi_2Se_3纳米片的圆偏振光致电流,其强度随着外加偏压的增大而减小,这是由于所测得的圆偏振光致电流由拓扑绝缘体Bi_2Se_3表面信号与二维电子气信号叠加形成,且二者方向相反导致.     

Bi2Se3纳米线的生长及其圆偏振光电流的研究

采用化学气相沉积法制备拓扑绝缘体Bi₂Se₃纳米线.系统分析生长温度和气体流量对Bi₂Se₃纳米线的形貌、晶体质量的影响,并研究Bi₂Se₃纳米线的圆偏振光致电流.研究结果表明,Bi₂Se₃纳米线的最佳生长温度为530℃,气体流量为30 mL·min^-1.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼等表征手段,表明所生长的Bi₂Se₃纳米线具有较高的质量. Bi₂Se₃纳米线的光电流随着四分之一波片的变化表明,Bi₂Se₃纳米线具有较强的自旋轨道耦合效应.圆偏振光致电流随入射角的增大而减小,这是因为Bi₂Se₃的对称性结构为C_3V.相比Bi₂Se₃薄膜或者B...     

左旋和右旋偏振光判别方法研究

椭圆偏振光和圆偏振光分为左旋偏振和右旋偏振两类,通过公式推导我们给出了圆偏振光的合成条件,并且得到了平面偏振光合成椭圆偏振光时的长短轴公式,以及椭圆偏振光左旋和右旋在相位差上的判别方法。     

GaAs中电子自旋极化的浓度依赖研究

采用时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱,研究本征GaAs中导带底附近电子初始自旋极化和自旋弛豫动力学.发现电子初始自旋极化度小于通常认为的0.5,并随光注入载流子浓度的增大而减小.假设右旋圆偏振光激发到导带的自旋取向,向上与向下电子浓度之比为13,理论计算的电子初始自旋极化度随载流子浓度变化关系与实验结果很好的符合.计算结果同时表明,带隙重整化效应对电子初始自旋极化度有较大影响,但电子初始自旋极化度小于0.5的现象并非起源于带隙重整化效应.     

圆偏振光的产生、测量与自旋偏振电子的光注入

理论上给出了线偏振光通过波片产生的椭圆偏振光的圆偏振度与方位角和相位延迟量的关系.结果表明,圆偏振度对方位角的变化更灵敏,在保持圆偏振度不变条件下,每提高方位角精度一度,则可降低相位延迟精度至少两度,这将改变人们重视相位延迟而轻视方位角精度的通常做法,降低1/4波片的加工难度和造价.还给出了宽带光谱分布和波片相位延迟色散对圆偏振度影响的解析解.发展了一种圆偏振度和波片相位延迟实验测量的简单方法.利用这种方法实验测试了Newport公司生产的1/4波片的相位延迟.     

交换场和非共振光对单层MoS2能带结构的调控

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型,研究了外部磁近邻交换场和非共振圆偏振光对单层二硫化钼（MoS₂）电子能带结构的调控.研究结果表明,磁近邻交换场能有效调控导带和价带的自旋劈裂,单层MoS₂ K谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大而增大,K′谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大先减小后增大,实现半导体-金属-半导体转变.因而,可以利用磁近邻交换场和非共振圆偏振光将单层MoS₂调制成自旋和光电特性优异的新带隙材料.     

Bi2(Se0.53Te0.47)3纳米线的制备及其圆偏振光致电流效应

采用化学气相沉积法制备Bi₂(Se_0.53Te_0.47)₃纳米线,利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对其进行表征,并研究样品的圆偏振光致电流效应(circular photogalvanic effect, CPGE).利用1 064 nm激光激发,分别测试激光入射面垂直于纳米线和平行于纳米线时的CPGE电流.实验结果表明,测得的CPGE电流主要来自纳米线的拓扑表面态.激光垂直入射纳米线时的CPGE电流不为0,说明CPGE电流来源于纳米线能带的六角翘曲效应.本研究测得的Bi₂(Se_0.53Te_0.47)₃纳米线的CPGE电流比文献报导的Bi₂(Te_0.23Se_0.77)₃纳米线增大2倍以上,这是因为Te组分的增加不但使得费米能级更加靠近狄拉克点,还降低了纳米线中载流子复合的概率,二者共同作用,使得CPGE电流增大.     

A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase

When electrons are subject to a large external magnetic field, the conventional charge quantum Hall effect dictates that an electronic excitation gap is generated in the sample bulk, but metallic conduction is permitted at the boundary. Recent theoretical models suggest that certain bulk insulators with large spin-orbit interactions may also naturally support conducting topological boundary states in the quantum limit, which opens up the possibility for studying unusual quantum Hall-like phenomena in zero external magnetic fields. Bulk Bi(1-x)Sb(x) single crystals are predicted to be prime candidates for one such unusual Hall phase of matter known as the topological insulator. The hallmark of a topological insulator is the existence of metallic surface states that are higher-dimensional analogues of the edge states that characterize a quantum spin Hall insulator. In addition to its interesting boundary states, the bulk of Bi(1-x)Sb(x) is predicted to exhibit three-dimensional Dirac particles, another topic of heightened current interest following the new findings in two-dimensional graphene and charge quantum Hall fractionalization observed in pure bismuth. However, despite numerous transport and magnetic measurements on the Bi(1-x)Sb(x) family since the 1960s, no direct evidence of either topological Hall states or bulk Dirac particles has been found. Here, using incident-photon-energy-modulated angle-resolved photoemission spectroscopy (IPEM-ARPES), we report the direct observation of massive Dirac particles in the bulk of Bi(0.9)Sb(0.1), locate the Kramers points at the sample's boundary and provide a comprehensive mapping of the Dirac insulator's gapless surface electron bands. These findings taken together suggest that the observed surface state on the boundary of the bulk insulator is a realization of the 'topological metal'. They also suggest that this material has potential application in developing next-generation quantum computing devices that may incorporate 'light-like' bulk carriers and spin-textured surface currents.     

Bi,Se和Te吸附n/p型石墨烯电子结构研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Bi,Se,Te在缺陷(单空位,B掺杂和N掺杂)石墨烯上的吸附结构及电子和磁性质.研究表明:在能量稳定的Bi(Se)/石墨烯吸附体系中,Bi吸附诱导产生磁性;在空位缺陷石墨烯上的吸附会改变费米能级处态密度分布,影响体系的导电性质;在B(N)掺杂吸附体系中,B比N对吸附原子的影响大;除Se在B掺杂石墨烯上吸附外,Bi,Se,Te在其它n/p型掺杂吸附体系中均显示磁性.缺陷增强了Bi,Se,Te与石墨烯之间的相互作用,对吸附体系的电子结构和电荷分布有较大的影响.     

过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

Nd掺杂对ZnO带隙及染料敏化太阳能电池光电性能的影响

利用溶液法制备Nd掺杂ZnO,并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流密度-光电压曲线研究Nd掺杂对ZnO带隙及染料敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:Nd原子取代Zn原子掺杂到ZnO晶格中;Nd掺杂使ZnO带隙窄化,导致其UV-Vis谱吸收带边红移,且随着掺杂摩尔分数的增加,红移和窄化程度增大;掺杂Nd可提高电池的光电流及光电转换效率,当掺杂Nd的摩尔分数分别为0.5%,1.0%,1.5%时,其光电流密度分别为9.51,13.01,10.79mA/cm2,光电转换效率分别为2.28%,2.84%,2.48%.     

Bi_2O_3掺杂对TSMTG法单畴YBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)成功地将Bi2O3掺杂到YBCO超导块材中,研究了Bi2O3掺杂含量对单畴YBCO超导块材生长形貌和磁悬浮力的影响.结果表明,在YBa2Cu3O7-δ(Y123):Y2BaCuO5(Y211)=1:0.4不变的情况下,掺杂的Bi2O3粉体在样品内部均生成了Y2Ba4CuBiOx纳米粒子.当Bi2O3添加量x≤1.5wt%时,样品均可长成完整的单畴YBCO超导块材,且样品的磁悬浮力随着Bi2O3掺杂量的增加而增大;当x1.5wt%时,YBCO超导块材的单畴区域随着Bi2O3掺杂量的增加而逐渐减小,且随机成核现象严重,磁悬浮力降低;当x=1.5wt%时,样品的磁悬浮力最大.该结果对缩短样品制备的周期及进一步提高超导块材性能具有十分重要的意义.     

拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用

从理论上研究了拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用.在拓扑绝缘体量子点中,边缘态电子数可以通过量子点的尺寸和外加电场进行调控.当量子点中掺入单个磁离子并且边缘态填充奇数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用达到最大值;而边缘态填充偶数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用消失.当量子点中掺入2个磁离子时,电子与Mn离子的sp-d相互作用会出现奇偶振荡行为,Mn离子间的相互作用取决于Mn离子间距和量子点壳层中的电子数,表现出典型的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida型间接交换机制.工作澄清了拓扑绝缘体量子点壳层结构对其磁性的影响,有助于人们设计基于拓扑绝缘体量子点的自旋电子学或量子信息器件.     

Detecting excitation and magnetization of individual dopants in a semiconductor

An individual magnetic atom doped into a semiconductor is a promising building block for bottom-up spintronic devices and quantum logic gates. Moreover, it provides a perfect model system for the atomic-scale investigation of fundamental effects such as magnetism in dilute magnetic semiconductors. However, dopants in semiconductors so far have not been studied by magnetically sensitive techniques with atomic resolution that correlate the atomic structure with the dopant's magnetism. Here we show electrical excitation and read-out of a spin associated with a single magnetic dopant in a semiconductor host. We use spin-resolved scanning tunnelling spectroscopy to measure the spin excitations and the magnetization curve of individual iron surface-dopants embedded within a two-dimensional electron gas confined to an indium antimonide (110) surface. The dopants act like isolated quantum spins the states of which are governed by a substantial magnetic anisotropy that forces the spin to lie in the surface plane. This result is corroborated by our first principles calculations. The demonstrated methodology opens new routes for the investigation of sample systems that are more widely studied in the field of spintronics-that is, Mn in GaAs (ref. 5), magnetic ions in semiconductor quantum dots, nitrogen-vacancy centres in diamond and phosphorus spins in silicon.     

DNA分子能带结构及载流子性质研究

采用扩展的紧束缚模型，计算了DNA分子的基态及激发态的能带结构及晶格位形，探讨了净电荷的布局分布，研究了DNA分子中载流子的性质，发现极化子是带电的DNA分子所呈现出的主要的元激发．