不同晶向Cu纳米线结构和电子特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统研究了[100]、[110]和[111]3个低指数晶向不同尺寸Cu纳米线的弛豫结构和电子特性。由于配位数的减少,纳米线表面原子向内收缩且角部区域内的原子弛豫量较大,即存在着"倒棱"现象。纳米线的结合能随着其线径的增加而增加,[110]晶向六边形结构的Cu纳米线最稳定,这与在实验中最容易形成该晶向纳米线的结果一致。纳米线表面原子与其最近邻原子间的相互作用明显增强,因此相对于体相Cu晶体,纳米线的力学性能得以提高。所有Cu纳米线都具有金属性,且其量子电导随着线径的增加而增大。     

非磁性分隔层厚度对Fe/Cu多层纳米线磁性和电子特性的影响

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了非磁性分隔层厚度对Fe/Cu多层纳米线磁性和电子特性的影响。结果表明:多层纳米线的稳定性随着非磁性Cu分隔层厚度的增加而降低,其层间交换耦合随非磁性Cu分隔层厚度的增加呈现出振荡衰减的特性,且其振荡周期为两个Cu原子层。自旋极化能带结构的计算结果表明,Fe/Cu多层纳米线的电导敏感地依赖于Cu分隔层的厚度。     

多通道铁磁纳米线中的自旋极化和磁电阻

利用散射矩阵理论,研究了多通道纳米线结构中的量子化电导、自旋极化和弹道磁电阻.结果表明:在铁磁排列时,自旋简并解除,量子化电导以e2/h为单位变化,自旋极化率可以达到33%;随着纳米线宽度的减小,弹道磁电阻增长迅速;当线细到只有一种自旋态电子通过时,磁电阻达到无穷大,其自旋极化率为100%.     

铜纳米线填充氮化硼纳米管结构和电子特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了不同线径锯齿型氮化硼纳米管包裹五边形Cu纳米线复合系统的结构和电子特性。复合系统的圆筒状结构在弛豫后保持不变。计算结果表明,管-线间距约为0.34nm的CuNW@(14,0)复合系统的结构最稳定,且在费米能级附近处的能带结构为内部Cu纳米线和外部BN纳米管能带的叠加,同时Cu纳米线填充前后的量子电导不变。电荷密度分析表明,CuNW@(14,0)复合系统中传导电子仅分布在内部Cu纳米线区域,外部氮化硼纳米管相当于绝缘电缆壳。因此,该类型的纳米线缆复合系统有望应用于要求稳定传输电荷的纳机电系统和超大规模集成电路中。     

氧化锌纳米线的稳定性和电子性质

运用第一性原理方法研究了四种尺寸的ZnO纳米线的结构稳定性和电子性质.结果表明,纳米线的稳定性随着尺寸的增大而增大.所有ZnS纳米线显示了直接带隙半导体特性.由于量子尺寸效应,纳米线的带隙比纤锌矿体材料的带隙大,并且随着纳米线直径的增大而减小.     

GaN纳米线缺陷形成和磁性研究

利用第一性原理研究了Co掺杂Ga N纳米线缺陷形成能和磁性质.一方面分析了Co杂质取代Ga和N的形成能,计算表明Co优先取代Ga N纳米线表面的Ga原子.另一方面通过计算8个不同几何结构在铁磁和反铁磁态下的自由能,分析了Co掺杂Ga N纳米线的磁性质,结果表明在基态下纳米线具有铁磁稳定性.     

局部扭转形变下金纳米线的力电响应

采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法相结合的研究方案,系统考察了局部扭转形变对金纳米线力电特性的影响.结果表明,随着局部扭转角度的增加,金纳米线的形变区域先后经历了弹性形变和塑性形变;在弹性形变过程中,金纳米线的量子输运特性能够得到很好的保持,伏安特性曲线也不受扭转形变的影响;而在塑性形变中,纳米线的平衡电导和给定电压下的电流均比弹性形变时有显著下降.对输运谱的分析阐明了上述现象的物理机制.     

钛纳米线力学、热学和电子性质的结构与尺寸依赖性

为了研究金属纳米物理性质与结构和尺寸之间的关系,我们选择不同结构和生长序列的几个典型的超细Ti纳米线,即四边形、五边形和六边形序列,以及六边形序列的两个较大体系,以分别考察结构和尺寸效应.我们计算了Ti纳米线的角关联函数和振动谱,电子态密度用平面波赝势的密度泛函电子结构自洽场计算.采用分子动力学方法研究Ti纳米线的热力学融化行为.结果表明,Ti纳米线的振动性质和电子性质表现出渐进的尺寸演化和明显的结构关联;较小的纳米线的电子态密度是类似分子的离散谱,而当线的直径大于1*!nm时便表现为类似体材料的电子结构.Ti纳米线的融化行为既不同于团簇也不同样块体材料,表现出明显的结构和尺寸依赖性.对较大尺寸的纳米线,我们观察到从螺旋多壳的圆柱体到类似块体的结构相变.     

量子线器件电致性能模拟研究

用硅基铂钛夹层AAO多孔模板-溶胶凝胶法成功地制备出有序的TiO2纳米线阵列;并用Synopsys TCAD微电子器件仿真软件Sen.Taurus Device模块,模拟分析了单根纳米线的电致物理性能,重点研究纳米线的直径和长度与电导和电压的关系。     

基于Kramers-Kronig关系的油纸绝缘直流电导计算方法

针对区分介电谱中电导和极化过程的方法较为缺乏,等效模型中表征电导的参数唯一性计算方法不足的问题.以油纸绝缘介质的电导过程为研究对象,在实验条件下制备不同水分含量的油纸绝缘样品,并测量频域响应谱线.基于Kramers-Kronig关系对测量复极化率实部谱线进行数值积分,获得弛豫损耗谱线,进而得到电导损耗谱线;并使用最小二...     

Mesoscopic superconductor as a ballistic quantum switch.

Several key experiments have revealed a rich variety of vortex structures in mesoscopic superconductors in which only a few quanta of magnetic flux are trapped: these structures are polygon-like vortex 'molecules' and multi-quanta giant vortices. Ginzburg-Landau calculations confirmed second-order phase transitions between the giant vortex states and stable molecule-like configurations. Here we study theoretically the electronic structure and the related phase-coherent transport properties of such mesoscopic superconductor systems. The quasiparticle excitations in the vortices form coherent quantum-mechanical states that offer the possibility of controlling the phase-coherent transport through the sample by changing the number of trapped flux quanta and their configuration. The sample conductance measured in the direction of the applied magnetic field is determined by the transparency of multi-vortex configurations, which form a set of quantum channels. The transmission coefficient for each channel is controlled by multiple Andreev reflections within the vortex cores and at the sample edge. These interference phenomena result in a stepwise behaviour of the conductance as a function of the applied magnetic field, and we propose to exploit this effect to realize a vortex-based quantum switch where the magnetic field plays the role of the gate voltage.     

Density Functional Theory for the Response of Periodic Systems to Electric Fields Based on the Vector Potential Approach

Switchable molecular electronic devices,which are triggered by electrostatics interactions or UV light,have potential applications in data storage,drug delivery,cell culture,biosensor and tissue engineering.By using quantum chemical calculations and molecular dynamics(MD)simulations,we investigated the conformational change and switching process for several kinds of electro-controllable surface-supported molecular switches.The polarizable     

室温下单晶硅显微压痕表面位错组态的TEM观察

采用透射电镜 (TEM )定位观察了室温单晶硅显微压痕表面的微观信息 .发现了为数不少的位错圈、堆垛层错、扩展位错及压杆位错、位错偶等多种组态 .尽管产生的原因各异 ,但均为最终的低能稳定组态 .位错的存在和运动表明常温下单晶硅的压痕缺口附近产生塑性变形 .     

银纳米线熔化过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法和量子修正的Sutton-Chen（QSC）多体势研究了不同尺寸的银纳米线的熔化动力学过程．模拟结果表明；银纳米线的熔点要比银的体材料的熔点低得多，并且与纳米线的直径的倒数成线性关系，当纳米线的直径越大时，其熔点越高，表现出了明显的尺寸效应．银纳米线的熔化过程首先从表面开始，并逐步向内部发展，直至核心区域．当温度高于熔点时，银纳米线逐渐熔化、断裂，最后形成球形团簇．     

金红石型TiO2结构随温度变化的分子动力学模拟

常压下,采用经典离子晶体相互作用势模型,并进行量子化修正,对金红石型TiO2结构随温度变化进行分子动力学模拟,计算了键长、键角、均方位移、特征(110)面分布函数及TiO6八面体结构随温度变化特性.模拟结果表明,当温度由300 K升至1 800 K时,TiO2中阴、阳离子振动偏离原来的平衡位置,均方位移逐渐增加,形成晶体的热膨胀;尤其在温度高于1 000 K时,TiO2体系中Ti-O键、键角、均方位移等特征参数出现较明显的变化,特征晶面(110)及八面体构型出现扭曲,精细结构在一定程度上受到破坏,晶体的无序度逐渐增大,呈现出短程有序、长程无序的高温非晶结构特征,这些模拟结果与相关实验结果基本一致.     

Synthesis, assembly and applications of semiconductor nanomembranes

Research in electronic nanomaterials, historically dominated by studies of nanocrystals/fullerenes and nanowires/nanotubes, now incorporates a growing focus on sheets with nanoscale thicknesses, referred to as nanomembranes. Such materials have practical appeal because their two-dimensional geometries facilitate integration into devices, with realistic pathways to manufacturing. Recent advances in synthesis provide access to nanomembranes with extraordinary properties in a variety of configurations, some of which exploit quantum and other size-dependent effects. This progress, together with emerging methods for deterministic assembly, leads to compelling opportunities for research, from basic studies of two-dimensional physics to the development of applications of heterogeneous electronics.     

金属量子结构中的半导体输运性质及其调控

随着后摩尔时代的推进,以硅为基础的半导体器件正接近其性能极限.除了不断引入新的器件结构外,设计具有半导体特性的金属量子结构为微电子器件的性能提升提供了全新的解决方案;而打开金属带隙,使其具有栅极可调半导体输运,是实现其应用的关键.以此为目的,自20世纪末以来,多种金属量子结构便逐步被设计与开发,其输运特性的有效调控也被学术界广泛研究.本文回顾了零维量子点、一维纳米线/纳米管、二维材料/人工二维晶格/超导薄膜等不同维度金属量子结构的研究进展;针对这些结构体系,介绍了其各自的能隙调控思想,总结分析了可控输运特性的实现方法与内在机制,对比展示了材料结构的电学性能及应用前景.基于目前报道的研究结果,提出了未来预期的研究方向:开发金属量子结构中输运与自旋关联特性,设计同时传输电荷与自旋信息,且具有栅极可调输运带隙的全金属沟道材料、结构与器件.     

Experimental and molecular dynamics study of gas flow characteristics in nanopores

Gas flow characteristics in nanopores were investigated experimentally and numerically using molecular dynamics (MD) simulations with an emphasis on the friction factor and gas viscosity. The results show that the viscosity and the friction factor in nanopores are much lower than those in macroscale channels. The actual viscosities obtained from the MD studies showed that the gas viscosity in nanopores is less than the macroscale viscosity because collisions between gas molecules are less frequent in high Knudsen number flows and there are more collisions with the wall. The MD simulations show that the velocity profile is composed of two parts, with a much steeper velocity gradient near the wall.