Ⅱ-Ⅴ族半导体纳米晶的研究进展

Ⅱ-Ⅴ族半导体是由第二副族元素(Zn,Cd)与第五主族元素(N,P,As等)形成的化合物.Ⅱ-Ⅴ半导体纳米晶(亦称量子点)具有禁带窄、Bohr半径大、电子有效质量小、通过改变量子点尺寸,能够实现宽波段发光,较Ⅱ-Ⅵ材料,其具有更多的共价键成分,性质稳定等优点,是应用于太阳能电池、生物标记及LED的理想材料.本文综述了近年来在Ⅱ-Ⅴ半导体纳米晶的研究中取得的进展,侧重介绍量子点的合成、表征、吸收光谱、光致发光谱及荧光寿命测定等领域内的最新成果,并对其发展方向进行了展望.     

基于数字图像相关方法的剪切带宽度的影响因素分析

将粒子群优化算法引入到数字图像相关方法之中,利用两种相关系数公式,研究了样本子区的尺寸、相邻样本子区中心点在垂直于剪切带方向上的距离、最大迭代次数、剪切带宽度理论值和剪切带的剪切应变对剪切带宽度计算结果的影响.研究发现,随着样本子区尺寸的增加,剪切带宽度的测量结果越来越远离剪切带宽度的理论值；当剪切带的剪切应变较大时,随着样本子区尺寸的增加,剪切带宽度的计算结果变化较大；计算得到的剪切带的宽度通常都小于剪切带宽度的理论值,除非剪切带宽度的理论值或样本子区的尺寸取值较小时.     

基于半导体量子点的单光子源:原理、实现和前景

确定性和高度不可分辨的单光子源是实现线性光学量子计算和固态量子网络的重要前提条件.半导体自组装量子点,具有良好的稳定性,易于集成于高品质因子的纳米微腔中,可获得超高亮度的单光子源.同时量子点可以作为光子—自旋比特的接口,可扩展的量子网络的结点.近年来共振激发技术的发展以及微腔加工技术的进步大大地提高了半导体量子点单光子源的品质,而成熟的半导体技术为这种单光子源的实用化奠定了基础.本文首先介绍单光子源的产生原理、性质以及在量子信息量子计算等领域的应用,然后介绍基于半导体量子点单光子源的技术发展和微腔量子点的进展.最后,讨论量子点单光子源未来的发展趋势.     

液固比对铁粒子形貌、结构、电导率和微波电磁特性的影响

采用球磨工艺,仅通过控制液固比λ得到不同形貌和结构的铁粒子.研究了λ对铁粒子的形貌、结构、电导率、微波电磁和吸收特性的影响规律.结果表明,随λ在0～0.25范围内增大,球磨过程中的焊合和微锻作用分别减弱和增强,导致铁粒子的高活性原子面和形状各向异性分别减小和增大.这使铁粒子的电导率在88.50～2.25 S.cm·1范围内非线性降低,而电磁参数呈规律性变化.其中,湿磨（λ=0.08～0.25）得到的片状铁粒子具有比干磨（λ=0）获得的不规则铁粒子更低的电导率、更高的介电常数、磁导率和吸波性能.这主要得益于片状结构产生的介电驰豫损耗、交换能和电导损耗的协同作用.这表明通过改变λ能有效地调控产物的结构形貌、电导率、微波电磁和吸收特性.     

精密测量中的量子极限

给定一个物理装置,对于一个物理可观察量能够得到的测量精度是什么?为了回答这一问题,本文以最近量子精密测量的发展为主线,量子参数估值方法为核心,介绍单粒子(线性耦合)体系和多粒子(非线性耦合)体系物理量测量精度的量子限制.作为例子,对光学量子精密测量中如何突破标准量子极限,甚至海森堡极限做了简明阐述.特别总结了非线性精密测量在突破海森堡极限方面的最新进展.最后,探讨了量子精密测量未来发展的可能趋势.     

量子安全线路评估

鉴于经典安全线路评估存在的问题, 提出了一个量子解决方案. 在该方案中, 冗余纠缠态粒子插入法和量子签名协议被用来保证协议的安全性. 理论分析证明, 该协议对于经典攻击和量子攻击均具有很高的安全性.     

编者按

正在量子理论和技术近百年的发展进程中,在对量子规律进行被动观测的基础上,对量子规律宏观体现这种"自上而下(top-down)"的应用,已使得人类在物质科学、信息科学和生命科学等领域获得了空前的发展,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌,促进了物质文明的空前进步.     

光悬浮微粒子旋转特性研究

悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建了真空光悬浮及旋转实验装置,对悬浮粒子的平均转速和转速波动进行了研究.结果表明,影响光力矩的激光功率越强,激光偏振态越接近圆偏振光,粒子的平均转速则越大.但影响粒子平均转速的主要因素是阻尼力矩,通过降低环境气压以减小粒子的旋转阻尼,其平均转速可大幅提升.通过调控这些实验参数,约4μm直径的球霰石微球在环境气压为0.1 Pa时被驱动至3.93 MHz转速.但在低气压环境下,微粒子的热运动也变得明显,从而导致悬浮粒子的等效激光功率随着热运动而变化,进而使得粒子的转速波动也随着气压的下降而增大.本文首创性地对比了相同气压不同转速下的转速波动,进一步说明了粒子热运动对转速波动的影响规律.此外,本文还研究了不同气压下转速相对波动的变化规律,这为光悬浮转子在陀螺仪领域的潜在应用奠定了基础.这些研究结果对于提升光悬浮系统已有应用以及开拓新领域均有重要意义.     

快速构建量子稳定子码的最小网格图

量子网格图顶点集的大小影响译码算法的效率,减少网格图的顶点数可以提高译码算法的效率.本文基于标准化的稳定子群校验矩阵,给出了构造面向网格图的稳定子群生成元的方法,据此可以构造顶点集最小的量子网格图.此外,本文通过分析差错算子与稳定子群生成元各个量子位的对易关系对两算子之间对易关系的影响,给出了一种快速生成量子稳定子码网格图的方法.现有构造方法对各顶点集分别独立计算,没有利用已有的计算结果,所以运算量大,这限制了译码的规模和速度.本文方法是在已有顶点集的基础上,利用迭代法构造新顶点集,该方法计算复杂性更小、算法效率更高,从而能适应规模更大和对时间要求更高的应用.     

基于光诱导介电泳的微粒子过滤、输运、富集和聚焦的实验研究

在继承传统介电泳技术在微纳米生物粒子操纵领域优势的同时,如何提供动态可重构微电极并降低制作成本,成为解决介电泳技术应用中的瓶颈问题,而基于光电效应原理的光诱导介电泳的提出,为解决此问题提供了可行的方案.本文在设计制造光诱导介电泳芯片的基础上,搭建了基于光诱导介电泳操纵微粒子的实验平台,并对不同尺度的微粒子进行了过滤、输运、富集和聚焦等四种操纵功能的实现,同时并对各种操纵功能的性能进行了定量分析.结果表明,光诱导介电泳的操纵功能和操控性能与缩微光学图形的形状、尺寸、移动速度,激励信号的频率以及溶液电导率等参数相关.增加光线条宽度,一般能使操纵效率提高约50%以上,且聚焦时改变光线条倾角亦会明显影响聚焦效率.粒子的输运速率与捕获光圈的内半径和厚度成正比单调增加关系.粒子的最大同步速率与激励信号频率和溶液电导率成非线性关系,且在溶液电导率范围为5×10？4~5×10？3 S/m时具有良好的操纵性能和较高操纵效率.     

硅量子点双势垒存储结构及其编程机制的研究

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)及热退火方法制备了含硅量子点的Si Cx薄膜.透射电子显微镜(TEM)观测表明Si Cx薄膜中生长了大量硅量子点.制备了含Si Cx薄膜包裹硅量子点的双势垒存储器结构.TEM观测表明,采用上述工艺成功制备了Si3N4/Si Cx薄膜/Si-QDs/Si Cx薄膜/Si O2双势垒结构的存储器结构.利用硅量子点的库伦阻塞效应及量子限域效应,从理论上分析了双势垒硅量子点存储器的编程机制,建立了双势垒存储结构阈值电压漂移模型,模拟仿真表明双势垒存储器的阈值电压漂移要大于单势垒存储器,编程速度更快.存储结构C-V特性测试表明,样品在扫描栅压为±12 V时有10 V左右的存储窗口,证明双势垒存储结构具有良好载流子存储效应.     

量子密钥分发中波长相关攻击安全性研究

本文主要解决在现实条件下,量子密钥分发系统中光纤分束器的波长相关特性引起的测量基矢选择不随机的安全性问题,通过分析分束器波长相关性引起的误码粒子分布偏差的大小,理论推算实际系统中可提炼的最终安全码的下限,从而较好地解决了存在被动基矢选择的波长相关性漏洞的安全性问题,给出了类似安全性攻击方案的一个解决方法.     

硅基光电子学研究进展与趋势

近年来硅基光电子材料和器件受到高度的重视.利用外延生长和键合技术成功研制出硅基应变赝衬底、GexSi1-x/Si量子阱、高密度锗量子点、硅基InGaAsP/Si异质结,这些进展为硅基光电子器件提供了坚实的材料基础.同CMOS工艺相结合,实现了硅量子点1.17 μm的受激发射,研制出硅基Raman激光器、1.55 μm混合型激光器、高灵敏度的Si/Ge探测器、谐振腔增强型的SiGe光电二极管、调制频率30 GHz的SOI CMOS光学调制器和16×16的SOI光开关阵列等.硅光电子学将在光通信、光计算等领域获得重要应用.本文综述了国内外硅基光电子材料和器件的进展、我们的研究结果和硅基光电子学的发展趋势.     

类石墨烯材料中电子拓扑性质的研究进展

外场调控是实现高性能多功能量子器件的有效途径。本文综述单双层石墨烯、锗烯、二硫化钼等类石墨烯材料在强自旋轨道耦合、铁磁或反铁磁场、超导近邻效应等联合竞争作用下,通过调节电场、应变场以及偏振光场等产生的新奇拓扑量子效应,包括量子自旋Hall效应、量子反常Hall效应、拓扑超导效应等,并进一步深入介绍拓扑型场效应晶体管的开发和设计。根据目前拓扑性质研究和实验进展情况判断,易规模化生产的类石墨烯材料对未来高性能低功耗量子器件走向应用而言,是非常有前景的候选材料。     

铁基合金fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变的形核能垒

基于位错理论和Olson等人提出的层错能模型, 考虑到外加应力场的作用, 建立了fcc(g )→hcp(e )马氏体相变在小角度晶界处形核时, 胚核尺寸与能量之间的关系模型. 用此应用模型讨论了温度、切应力以及晶界位错密度对FeMnSi基合金中fcc(γ) → hcp(ε)马氏体相变形核的影响. 结果表明, fcc(γ) → hcp(ε)相变形核过程中存在着一些特征尺寸的胚核: 亚临界胚核和临界胚核, 它们之间的能量差构成了马氏体相变的能垒. 这些特征胚核的尺寸将随着外部条件(应力和温度)的改变而变化, 随着温度降低, 切应力增加将使临界胚核尺寸变小, 直至最终能垒消失. 基于上述讨论, 从动力学的角度讨论了M_S点及临界切应力τ_c诱发fcc(γ) → hcp(ε)相变的能量条件, 解释了在MS点处合金的层错能不为零的实验结果. 另外, 小角度晶界处位错密度的增加, 也有利于hcp相形核.     

量子通信现状与展望

本文综述量子通信基本原理、方法、技术手段与应用.介绍量子保密通信基本协议和诱骗态方法,以及基于纠缠分发的量子通信,含基于纠缠光子对的量子保密通信、量子态隐性传输、纠缠光子对操控等.介绍量子通信的技术与应用现状并对未来发展方向做展望.     

原位法制备无机纳米粒子/聚合物复合材料

纳米粒子的尺寸介于体相材料和分子之间, 具有许多独特的物理和化学性质, 近年来在催化、光电子以及生物等领域得到广泛的关注. 为了使纳米粒子更好的展现它们特有的功能, 将其与聚合物复合是行之有效的方法, 这不仅可以稳定纳米粒子, 还可以实现纳米粒子与聚合物之间功能的集成. 但是, 这一思想的实现在很大程度上依赖于纳米粒子与聚合物之间的相容性, 以及如何调节纳米粒子与聚合物之间的相互作用, 使我们得到预期的功能. 因此, 人们发展了许多将纳米粒子复合到聚合物中的方法. 本文主要阐述了近几年我们课题组把原位法和其他方法有机结合, 实现纳米粒子与聚合物的复合, 从而制备了具有不同功能的一维、二维乃至体相纳米粒子/聚合物复合材料. 我们所建立的这些方法最突出的特点是纳米粒子与聚合物之间具有很好的相容性, 可以确保其在聚合物中的均匀分散, 而且聚合物网络结构的存在使纳米粒子更加稳定, 对于更好的体现其功能具有重要意义.     

量子系统科学的重要分支:量子控制论

本文针对量子通信和量子计算等量子信息学的发展趋势,全面阐述量子系统科学的重要研究方向——以研究微观世界系统量子态的控制问题的新兴边缘学科--量子控制论.文中先从量子信息论引出量子控制论,进而对量子控制的定义、特点、研究现状、研究内容进行了系统的阐述,并提出了一些新的研究思路。     

高定向石墨表面一维金纳米粒子链

利用真空沉积方法在高定向石墨(HOPG)基底上直接制备了粒径分布较小的金纳米粒子.超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究发现,在74℃退火后,金纳米粒子在HOPG基底上形成了排列均匀的准一维纳米粒子链.与以往研究不同之处在于,金纳米粒子链并非沿基底台阶排列.其中一些金纳米粒子能够穿越基底表面的单原子台阶;另外金纳米粒子链的取向决定于金纳米粒子的尺寸.这一发现为制备由金粒子组成的有序纳米结构开辟了探索途径.     

一种孔隙率可控薄膜材料快速生长成形方法及过程模拟

提出采用等离子喷涂技术, 通过改变喷涂参数来生成具有孔隙以及孔隙率可控薄膜的方法. 首先建立了熔融粒子的扁平化模型和扁平粒子堆积模型, 在模型中考虑用涂层内的小缝孔隙和台阶孔隙来模拟喷涂角度对孔隙率的影响. 对孔隙生成的机理以及喷涂角度对孔隙率的影响的模拟和实验研究结果表明: 所提出的方法可以生成孔隙率可控的薄膜, 薄膜层的孔隙率随着喷涂角度的减小而增加. 生成涂层的孔隙率可以达到49%. 当喷涂角度小于30°时, 大量粒子累积的遮蔽效应导致涂层内形成遮蔽孔隙, 使涂层的孔隙率迅速增加; 粉末粒度和粒子速度等参数对孔隙率也有影响. 通过连续改变喷涂角度的方法还可以获得孔隙呈梯度分布的薄膜材料.