半导体、冷原子、过渡金属硫化物及超导中自旋、谷极化及Bogoliubov准粒子的动力学研究
半导体、冷原子、过渡金属硫化物及超导中自旋、谷极化及Bogoliubov准粒子的动力学研究
半导体、冷原子、过渡金属硫化物及超导中自旋、谷极化及Bogoliubov准粒子的动力学研究自旋电子学的主要目的是有效地操控固体材料中的自旋(或赝自旋)自由度。
对材料中自旋和电荷的动力学及它们的相互影响的理解对自旋电子学的发展非常重要。
针对这一问题,本论文根据所关心的物理系统分为三个部分。
在第一部分,我们研究半导体及超冷原子中的自旋动力学,其中包括自旋弛豫和自旋扩散。
在第二部分,我们研究单层和双层过渡金属硫属化物中由激子引起的谷极化的动力学,其中包括谷去极化动力学和激子的谷霍尔效应。
最后在第三部分,我们集中研究s-波和(s+p)-波超导体中Bogoliubov准粒子和凝聚体的自旋及电荷动力学。
第一部分,从第1章到第4章,我们集中研究超冷原子以及半导体中的自旋动力学。
在第1章,我们综述了半导体自旋电子学的背景及其在超冷原子自旋动力学中的应用。
我们首先综述了半导体中自旋的产生,自旋的检测,自旋的弛豫以及自旋的扩散。
其中,我们介绍了自旋霍尔效应,主要的自旋弛豫机制(其中包括D’yakonov-Perel’,Elliott-Yafet和Bir-Aronov-Pikus机制)和文献中对自旋扩散的理解(其中包括漂移-扩散模型和非均匀扩展图景)。
然后我们简要地介绍了超冷原子物理的背景,以及最近实现的自旋轨道耦合的超冷原子及其实验进展。
在第2章中,我们发现在超冷的自旋轨道耦合40K费米气中,当塞曼能远比自旋轨道耦合能大时,D’yakonov-Perel’自旋弛豫是反常的。
我们考虑了自旋极化垂直和平行于有效塞曼场的横向和纵向两种构型。
我们发现当自旋极化小时,横向自旋弛豫可分成四个而不是通常的两个区域:正常弱散射区,反常类DP区,反常类EY区和正常强散射区。
当自旋极化大时,我们揭示Hartree-Fock自能,作为有效磁场,能够极为有效地抑制弱散射区中的自旋弛豫。
在InAs(110)量子阱中,当处在Voigt构型下的磁场远比自旋轨道耦合场大时,我们进一步揭示了Hartree-Fock自能对反常D’yakonov-Perel’自旋弛豫的影响。
一种冷原子与离子速度成像复合的探测系统[发明专利]
![一种冷原子与离子速度成像复合的探测系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7a83d5cabcd126fff7050bf1.png)
专利名称：一种冷原子与离子速度成像复合的探测系统专利类型：发明专利
发明人：刘斯禹,蒋蔚,卢征天,杨国民,王钰婵
申请号：CN202011588781.2
申请日：20201228
公开号：CN112700903A
公开日：
20210423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种冷原子与离子速度成像复合的探测系统，包括离子透镜部分和磁光阱部分，所述的离子透镜部分包括五片同轴心电极，依次为排斥极，两片同电势的引出极，一片加速极，一片接地级，通过在这些电极上施加设计好的电场，五片电极可以构成一个离子透镜；所述的磁光阱部分中磁光阱的反亥姆霍兹线圈磁场零点和六束激光相交于两片引出极电极的几何中心处，捕获囚禁原子，产生冷原子。
超低温低动能离子源通过结合磁光阱和离子透镜，即可利用各种后续方法产生超低温低动能的离子源。
凡是可以被磁光阱捕获的元素都适用于这一个装置，大大拓展了离子速度成像系统可以研究对象的范围。
申请人：中国科学技术大学
地址：230026 安徽省合肥市包河区金寨路96号
国籍：CN
代理机构：北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：杨学明
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中物院材料所
中物院材料所
中物院材料所是中国科学院下属的研究机构，成立于1978年，是我国最早的材料科学研究机构之一。
经过多年的发展，中物院材料所已经成为我国材料科学领域的重要研究基地，拥有一支高水平的科研团队和先进的实验设备，致力于材料科学领域的前沿研究和技术创新。
中物院材料所的研究方向涵盖了金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等多个领域。
在金属材料方面，中物院材料所的研究人员致力于金属材料的结构设计、性能优化和加工工艺研究，取得了一系列重要成果。
在无机非金属材料领域，中物院材料所的研究重点包括陶瓷材料、玻璃材料、水泥材料等，致力于材料的功能化设计和性能改进。
在高分子材料和复合材料领域，中物院材料所的研究人员通过材料的结构调控和界面工程等手段，实现了材料性能的大幅提升。
除了基础研究外，中物院材料所还积极开展材料工程应用研究，与企业合作开展新材料的开发和工程应用。
在汽车、航空航天、电子、能源等领域，中物院材料所的研究成果得到了广泛的应用，为我国的材料工业发展做出了重要贡献。
中物院材料所注重人才培养，建立了完善的科研团队和人才培养体系，吸引了一大批杰出的科研人才加入。
在国际上，中物院材料所与多个国际知名的科研机构和大学建立了合作关系，开展了一系列国际合作研究项目，促进了我国材料科学研究的国际化进程。
总的来说，中物院材料所在材料科学领域取得了丰硕的成果，为我国的材料工业发展和科技创新做出了重要贡献。
未来，中物院材料所将继续深化材料科学领域的研究，推动科技创新，助力我国材料工业迈向世界先进水平。
低维材料中的自旋电子学与拓扑绝缘体
低维材料中的自旋电子学与拓扑绝缘体引言：自旋电子学和拓扑绝缘体是当今材料科学与物理学领域备受关注的研究方向。
低维材料在这两个领域中扮演着重要的角色。
本文将讨论低维材料中自旋电子学与拓扑绝缘体的研究进展和意义。
一、低维材料的基本特性低维材料是指厚度或尺寸在纳米或更小尺度的材料。
晶体的维度降低可以改变材料的物理性质，比如导电性、磁性等。
低维材料通常表现出与其体态晶体不同的电子结构和性质。
二、自旋电子学在低维材料中的应用自旋电子学是指利用电子的自旋来实现信息存储和处理的技术。
在低维材料中，由于维度的缩小，自旋-轨道耦合和自旋-自旋相互作用变得更加突出。
这为实现自旋存储和自旋运算提供了良好的平台。
同时，低维材料还展示了许多奇特的自旋态，如自旋密度波、自旋轨道奇点等，这些新奇现象对自旋电子学的发展具有重要意义。
三、拓扑绝缘体在低维材料中的探索拓扑绝缘体是一种特殊的电子态，具有导电体表面的不让缺陷和扰动破坏导电特性的能力。
低维材料中的拓扑绝缘体被广泛研究，并在量子计算、能源转换等领域有着巨大的应用潜力。
在低维材料中，通过调控材料的形貌、表面态和边界态等，可以实现拓扑绝缘体的产生和控制。
这些研究为解决材料导电性能损耗和实现更高效能的电子器件提供了新思路。
四、低维材料自旋电子学与拓扑绝缘体的联合研究近年来，越来越多的研究将低维材料中的自旋电子学和拓扑绝缘体相结合进行研究。
通过在低维材料中引入自旋自由度，并调控材料的结构和自旋轨道耦合，可以实现自旋拓扑绝缘体的制备。
这种新型材料不仅具有较高的导电性能，还保持了拓扑绝缘体的特殊表面态和边界态。
这一领域的研究有望推动自旋电子学和拓扑物态的发展，并为新型电子器件和量子计算提供新的解决方案。
结论：低维材料中的自旋电子学与拓扑绝缘体是当前材料科学和物理学领域备受关注的研究方向。
通过调控低维材料的结构和性质，可以实现自旋存储和自旋运算，并探索新的拓扑绝缘体态。
联合研究低维材料的自旋电子学和拓扑绝缘体有望在材料科学、能源转换和量子计算等领域取得突破性进展。
过渡金属离子的转动—可能的超导电子配对新机制
1986 年 Georg Bednorz 和 K. Alex Müller[1]发现 La-Ba-Cu-O 氧化物中可能存 在高温超导电性，揭开了超导研究的新篇章。1987 年吴茂坤等[2]和赵忠贤[3]等， 几乎同时制备出 Y-Ba-Cu-O 超导体，超导温度达到 90K，取得液氮温度以上超导 的重大突破。1988 年 Maeda 等[4]发现 BiSrCaCuO 超导体，其超导温度在 100K 以上。1988 年盛正直等[5][6] 第一次合成了含 Tl 高温超导体. 1993 年，Putilin 等[7] 合成的 Hg 系列的第一成员——HgBa2CuO4+δ，具有 94K 超导温度。1993 年， Schilling 等[8]合成了 HgBa2Ca2Cu3O8+δ，将 Tc 提高到 130K 以上。在很高的压强 下，Hg-1223 的超导温度可以达到 153 K[9]。除了铜基高温超导体，铁基高温超 导[10][11][12]也受到了广泛关注。PrFeAsO0.89F0.11 超导温度达到 52K[13]，SmFeAsO0.85 的转变温度达到 55K[14]。2012 年薛其坤等[15]使用 MBE 方法在 SrTiO3 衬底表面
DOS (arb.unit)
10
spin up
0
-10
spin down
10 spin up
0
-10 spin down
-15
-10
Fe_d total
(a)
GGA+U
Fe_d total
(b)
-5 E (eV)
HSE
0
5
图 1 K2Fe4Se4-2e 的态密度，（a）GGA+U 方法；（b）HSE 方法
具有作为耗尽声子的激发的Bogoliubov准粒子的超导体系[发明专利]
![具有作为耗尽声子的激发的Bogoliubov准粒子的超导体系[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d89f74e876c66137ef061956.png)
专利名称：具有作为耗尽声子的激发的Bogoliubov准粒子的超导体系
专利类型：发明专利
发明人：李强
申请号：CN201210064062.X
申请日：20120312
公开号：CN102593344A
公开日：
20120718
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：在超导Bi2212(及Bi2223)体系中，视在能隙的幅度是其所在处的电子配对的相对不稳定性的量度，因为较大的能隙意味着稳定的电子配对(NSS态)只能在更高结合能下实现。
在低温下，如
Bi2212的体系的化学势由其中最稳定的电子配对决定，在配对足够稳定时的化学势比自由电子的情况降低约中介格波模的能量。
Bogoliubov准粒子对耗尽声子进行耗散的格波模的激发，该耗尽声子是中介配对的格波模的竞争所产生的。
传统上的超导能隙是一个弯折的能带部分。
BQP峰的能量是模竞争中的优胜模所中介的电子对的上态的能量。
被耗尽的格波模是与高温超导有关的格波模。
所述弯折的能带部分是反节点能隙的起始阶段，且在其转变过程中在所述弯折的能带部分底部的下FL折弯逐渐消失。
申请人：田多贤
地址：100083 北京市海淀区学院路37号15宅501室
国籍：CN
代理机构：北京金恒联合知识产权代理事务所
代理人：李强
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二维二硫化钼(MoS2)及应用
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MoS2
早在1986年，就有人通过插入锂的方法成功剥离出单层二硫化钼。 2007年，世界上第一支纳米二硫化钼晶体管在美国马里兰大学问世，但由于其迁移 率并不理想因而并未引起太多注意。 2011年，Kis教授实验组在上发表了自己利用单层二硫化钼成功制造晶体管的文章， 引起轰动。 2011年11月，该实验组又报道了世界上第一只二硫化钼集成电路的成功研制。他们 将两只二硫化钼晶体管集成在一起，实现了简单的“或非”运算。 2012年，美国的Liu实验组报导了采用原子层沉积工艺制作的场效应晶体管，他们在 Al2O3绝缘衬底上使用23层，总厚度为15nm的二硫化钼纳米片层材料，成功制造出 双栅MOSFET，迁移率达到517cm2/V· s，是最初的纳米二硫化钼晶体管迁移率的10 倍。 同年，日本东京大学的Zhang实验组利用离子液体作为栅极绝缘体，使用纳米二硫 化钼材料成功研制出了双极型晶体管，其空穴和电子导电的开关比均大于102，实现 了较高的空穴迁移率。
二维材料典型 代表：石墨烯
3
研究背景
制备石墨烯（graphene）之路
早期美国和日本的科学家试图分别利用硅片以及原子力显微镜的针尖在石 墨的表面摩擦获得单层的石墨烯，但是很可惜没有对产物进行细致的测量。 2005年，美国Kim Philip 等人通过铅笔的石墨笔芯划写表面，也成功地得 到了石墨薄片，但是这些薄片的最低层数只能够达到十层左右这个工作为 单层石墨烯实物的发现提供了一种可能，令人遗憾的是幸运之神并没有眷 顾他们。 利用石墨独特的层内强共价键结合而层间范德瓦尔斯弱相互作用的特点， 人们长期以来一直试图尝试把石墨这种层状材料分解为单个原子层。其中 化学剥离的方法可以将层状材料的各单位原子层有效分离，但是无法从剥 离后的胶状体中提取出孤立的二维晶体；化学剥离石墨的实验结果也表明， 其剥离产物是多个原子层的原子晶体堆垛而成。 英国曼彻斯特大学的K.S. Novoselov和A.K. Geim两位俄裔科学家利用最普 通的胶带在高定向热解石墨上反复剥离，最终首次从石墨中剥离出单个原 子层的基本层结构，即石墨烯。石墨烯的发现立即震撼了凝聚态物理界， 这一突破性进展为类石墨烯二维原子晶体的制备及其新奇量子效应研究开 拓了崭新的领域。
锑化物半导体开拓先锋——记中国科学院半导体研究所研究员牛智川
锑化物半导体开拓先锋——记中国科学院半导体研究所研究员牛智川 李 莉 王 辉 半导体，与计算机、原子能、激光科技并称为当代科技文明标志性四大领域。
半导体科技经过约70年的发展，科学理论不断完善，材料器件应用日益广泛，已经成为世界各大国强盛的战略根基。
我国科技界将半导体材料体系的拓展称为三代半导体，也就是硅或锗基、砷化镓或磷化铟基、氮化镓或碳化硅基材料三大体系。
基于这三代（类）半导体形成的大规模集成电路与计算机技术、高速光纤通信与互联网技术、高功率电力电子与能源技术等诸多重大战略应用价值方向，不断推动现代信息技术、能源技术以及人工智能技术的进步和发展。
囿于时代背景和工业基础，我国的第一代、第二代半导体科技水平长期落后于人。
进入21世纪后，半导体科技发展规划全面步入国家战略层面。
2020年9月4日，一则“我国将把大力发展第三代半导体产业写入‘十四五’规划”的消息，更是引发市场对功率半导体的瞩目，以氮化镓、碳化硅为首的第三代半导体材料一时间风光无限。
当前，伴随量子信息、可再生能源、人工智能等高新技术的迅速涌现和发展，持续催生和驱动半导体新体系微电子、光电子、磁电子、热电子等多功能器件技术的涌现。
特别是信息技术向智能化、量子化迈进的重要时期，基于经典的前三代半导体深入挖掘其潜力的同时，也需要开拓新体系、新结构、新功能半导体材料，以满足不断增长的高性能、低成本芯片的需求。
在牛智川看来，以G a2O3超宽带隙半导体、锑化物窄带隙半导体、二维原子晶体低维半导体等为核心体系的多种新材料技术中，新型锑化物半导体材料在开拓量子拓扑新效应、推动红外器件制备技术变革两方面占有战略先机地位，是近20年来，国内外半导体材料研究领域呈现出绝无仅有的兼具基础研究科学意义和确定性重大应用前景的新材料体系，作为在相关研究方向走在全球前列的团体之一，中国科学院半导体研究所牛智川研究员团队领衔了我国锑化物半导体的开拓与发展。
走近锑化物半导体什么是锑化物半导体？在回答这个问题之前，先来认识一下半导体。
新型金属硫化物二维半导体材料性质探明
新型金属硫化物二维半导体材料性质探明
佚名
【期刊名称】《分析测试学报》
【年(卷),期】2014(33)4
【摘要】中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室博士后杨圣雪、博士生
李燕，在研究员李京波、中科院院士李树深和夏建白等人的指导下，取得二维GaS超薄半导体基础研究的新进展，探明了新型超薄金属硫化物二维半导体材料
性质。
相关成果发表在英国皇家化学会主办的《纳米尺度》上，并被选为热点论文。
【总页数】1页(P448-448)
【关键词】中国科学院半导体研究所;金属硫化物;材料性质;二维;国家重点实验室;
中科院院士;基础研究;纳米尺度
【正文语种】中文
【中图分类】O614
【相关文献】
1.二维半导体过渡金属硫化物的逻辑集成器件 [J], 李卫胜;周健;王瀚宸;汪树贤;于
志浩;黎松林;施毅;王欣然
2.二维过渡金属硫化物硫化铼材料的表面增强拉曼散射效应 [J],
3.二维过渡金属硫化物二次谐波:材料表征、信号调控及增强 [J], 曾周晓松;王笑;
潘安练
4.中科院探明新型金属硫化物二维半导体材料性质 [J], 无
5.二维过渡金属硫化物热电材料的研究进展 [J], 柏祖志;郭勇;刘聪聪
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半导体超晶格材料及其应用
半导体超晶格材料及其应用引言：半导体超晶格材料是一种由多个不同材料交替堆叠而成的晶格结构，具有独特的物理和化学性质。
它们在电子学、光电子学和能源领域等多个应用中具有巨大的潜力。
本文将介绍半导体超晶格材料的基本概念和制备方法，并重点探讨其在光电子器件和能源转换领域的应用。
一、半导体超晶格材料的基本概念半导体超晶格材料是由两种或更多种不同晶格常数的半导体材料交替堆叠而成的复合材料。
由于晶格常数的不匹配，材料界面形成了一系列的晶格失调和应变区域。
这些晶格失调和应变区域对电子结构和输运性质产生了显著影响，从而使半导体超晶格材料具有特殊的性质。
二、半导体超晶格材料的制备方法主要有两种方法用于制备半导体超晶格材料：一是分子束外延（MBE）方法，二是金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法。
这些方法可以通过精确控制材料的堆叠顺序和厚度来实现半导体超晶格材料的制备。
三、半导体超晶格材料在光电子器件中的应用1. 光电二极管：半导体超晶格材料的能带结构和电子输运性质可通过调控晶格常数和材料组分来实现。
这使得半导体超晶格材料在光电二极管中具有优异的性能，如高效率和高速度。
因此，半导体超晶格材料被广泛应用于高速光通信和激光器等领域。
2. 太阳能电池：半导体超晶格材料的晶格失调和应变区域对电子结构和光吸收特性的调控具有重要意义。
通过合理设计半导体超晶格材料的结构和组分，可以实现更高的光电转换效率和更宽的光谱响应范围，从而提高太阳能电池的性能。
3. 光电导体：半导体超晶格材料的能带对称性和输运性质的调控使其成为优秀的光电导体。
半导体超晶格材料在光电导体领域的应用包括光电传感器、光电调制器和光电晶体管等。
四、半导体超晶格材料在能源转换中的应用1. 热电材料：半导体超晶格材料的晶格失调和应变区域对热电性能的调控具有重要意义。
通过设计合适的结构和组分，可以实现更高的热电转换效率，从而将热能转化为电能。
2. 催化剂：半导体超晶格材料的界面和晶格缺陷可提供更多的活性位点，从而提高催化剂的活性和稳定性。
自旋半导体纳米热电材料器件的高自旋极化电流
自旋半导体纳米热电材料器件的高自旋极化电流邹茜璐;陈盈霜;骆思宇;王海露;于海林;冯金福;刘玉申【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2016(030)004【摘要】Exploiting high spin-polarization device is one of the major objectives in the field of spintronics. In this paper, a thermospin device is designed to generate the high spin-polarization currents based on the first-principles method. The device consists of the source electrode (B-doped graphene nanoribbon), the drain electrode (graphene nanoribbon), and the central scattering region (the carbon atomic chain). In contrast to the undoped case, the spin-up current induced by the temperature difference can be enhanced by 100 times in the high temperature region, and meanwhile the current spin-polarization can reach 1. Moreover, the spin current is larger than the charge current in the high-temperature region, which is ascribed to the spin-semiconducting property of the device after the B doping.%借助第一性原理设计了一种可以产生高自旋极化电流的自旋热电装置.该装置是由有源极（B掺杂后的石墨烯纳米带）、漏极（石墨烯纳米带）以及中间区域（碳原子链）构成.对比未掺杂情况，自旋向上的电流在高温区域可以提高100倍，同时自旋极化率可增强至接近1.而且自旋流在高温区域可以大于电荷流，其主要原因归结于掺杂后该装置表现为自旋半导体性质.【总页数】5页(P10-13,22)【作者】邹茜璐;陈盈霜;骆思宇;王海露;于海林;冯金福;刘玉申【作者单位】常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.空位缺陷对高自旋极化材料Fe3F4磁电性能的影响 [J], 孙雷;董会宁;刘俊;李登峰2.w-BN (001)B面上铁(钴、镍)纳米线的高自旋极化研究 [J], 刘国营;罗时军3.高自旋极化稀土材料TmS的电子结构 [J], 寇毅;刘起鹏4.基于类叉形纳米结构的自旋极化电流分离器 [J], 徐中辉;肖贤波;肖文;陈宇光5.逾渗驱动的高自旋极化氧化物材料磁电阻增强效应——网络效应与调控 [J], 蔡田怡;雎胜;孙华;李振亚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
自旋电子学中的新型材料研究
自旋电子学中的新型材料研究自旋电子学是一门研究自旋电子行为及其应用的前沿领域，近年来受到了广泛关注。
在这个领域中，新型材料的研究成为了一个重要的方向。
本文将探讨自旋电子学中的新型材料研究，并分析其潜在应用。
自旋电子学是在传统电子学基础上发展起来的一门新兴学科。
而新型材料所具有的特殊性质，使其成为自旋电子学研究中的重点。
其中，一种被广泛研究的材料是拓扑绝缘体。
拓扑绝缘体是一种在体内具有绝缘态，但在表面上却存在导电态的材料。
这种特殊的性质可以用来控制电子的自旋运动，从而实现自旋电子器件的制备。
近年来，人们发现了一种新颖的拓扑绝缘体材料，被称为三维拓扑绝缘体。
与传统的二维拓扑绝缘体不同，三维拓扑绝缘体具有更长的自旋弛豫长度，使其在应用中更加稳定可靠。
这种材料的研究不仅可以用来制备新型的自旋电子器件，还有望在量子计算、量子通信等领域有所突破。
除了拓扑绝缘体，还有一类在自旋电子学中备受关注的材料是垂直锁定磁性材料。
传统的自旋电子学材料大多依赖于外加磁场来实现自旋操控，这限制了其在实际应用中的可行性。
而垂直锁定磁性材料则可以通过自旋电荷相互作用来实现自旋操控，无需外加磁场。
这种材料的研究将在自旋电子器件的制备过程中提供更多的设计灵活性，并且极大地简化了器件结构。
此外，还有一类新型材料被发现可以实现自旋霍尔效应。
自旋霍尔效应是自旋电子学中一种重要的现象，它可以将自旋电子分离成上下两个自旋态的电流，并在材料表面上产生自旋极化。
这种材料的研究将极大地推动自旋电子器件的进一步发展，尤其在自旋逻辑门和自旋传感器等方面具有潜在应用。
总的来说，自旋电子学中的新型材料研究是一个富有挑战性和前景广阔的领域。
通过研究和开发这些材料，我们可以不断推动自旋电子学的发展，并为其在信息存储、量子计算等领域的应用提供强有力的支撑。
相信随着新型材料的不断涌现，自旋电子学将在未来取得更加令人瞩目的成就。
锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测
锶原子光晶格钟自旋极化谱线的探测郭阳;尹默娟;徐琴芳;王叶兵;卢本全;任洁;赵芳婧;常宏【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(067)007【摘要】87Sr原子存在核自旋,在磁场作用下原子能级会分裂成不同塞曼子能级.通过光抽运对原子进行自旋极化,其自旋极化谱线的探测为锶光钟系统的闭环锁定提供精确的频率参考.本文对87Sr原子钟跃迁能级5s2 1So→5s5p 3po中的mF=+9/2和mF=-9/2的塞曼磁子能级自旋极化谱线进行了探测.经过一级宽带冷却和二级窄线宽冷却与俘获后,锶冷原子温度为3.9 μK,原子数目为3.5×106.利用邻近“魔术波长”的813.426 nm半导体激光光源实现水平方向的一维光晶格装载.采用归一化探测方法用线宽为Hz量级的698 nm钟激光对1So→3po偶极禁戒跃迁进行探测,在150ms的探测时间下获得线宽为6.7 Hz的钟跃迁简并谱.在磁光阱竖直方向施加一个300mGs的偏置磁场获得塞曼分裂谱,并通过689 nm的圆偏振自旋极化光进行光抽运,最终在探测时间为150ms时,获得左右旋极化谱线线宽分别为6.2 Hz和6.8 Hz.【总页数】8页(P69-76)【作者】郭阳;尹默娟;徐琴芳;王叶兵;卢本全;任洁;赵芳婧;常宏【作者单位】中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600 ;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京 100049;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600 ;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京 100049;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600 ;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京100049;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600 ;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京 100049;中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室,西安 710600【正文语种】中文【相关文献】1.锶原子光钟钟跃迁谱线探测中的程序控制 [J], 任洁;刘辉;卢本全;常宏;张首刚2.锶原子光晶格钟 [J], 林弋戈;方占军3.利用模清洁器实现锶光钟的光晶格光源强度噪声的抑制 [J], 田晓;尹默娟;徐琴芳;孔德欢;常宏;张首刚4.锶原子光晶格钟黑体辐射频移评估 [J], 李婷; 卢晓同; 张强; 孔德欢; 王叶兵; 常宏5.锶原子光晶格钟碰撞频移的测量 [J], 卢晓同; 李婷; 孔德欢; 王叶兵; 常宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于Heusler合金的自旋零能隙半导体
基于Heusler合金的自旋零能隙半导体徐桂舟;徐锋;王文洪【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2017(036)009【摘要】自旋零能隙半导体是一类具有接近100％的高自旋极化率,同时与工业半导体具有良好兼容特性的新型自旋电子学材料,在自旋注入、自旋晶体管中具有潜在应用前景.从理论计算的电子结构,结合实验的磁性、输运性质能方面对包括Hg2CuTi型,LiMgPdSn四元等比型的Heusler自旋零能隙半导体及其研究进展进行了概述.阐明了Heusler合金中自旋零能隙半导体形成的机制和经验规律,揭示出原子有序、组分调制对自旋零能隙半导体性质的影响.通过对基于Heusler自旋零能隙半导体的自旋注入体系的构建,展望了自旋零能隙半导体的发展趋势和潜在应用.【总页数】9页(P616-624)【作者】徐桂舟;徐锋;王文洪【作者单位】南京理工大学,江苏南京210094;南京理工大学,江苏南京210094;中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】O469【相关文献】1.基于第一性原理的full-Heusler FeMnCrSn合金的电子结构与磁性研究 [J], 范晓光;林景波;金迎九2.用喇曼光谱研究半导体带隙和合金组分 [J], 连世阳3.具有诱导超导电性和自旋轨道耦合作用的半导体纳米线零偏压电导峰的研究 [J], 王媛;陈佐满;卢金兰;赵家隆;陈钰淇;胡梁宾4.CoFeCrGa_(1-x)Al_(x)合金的电子结构、磁性和自旋零带隙半导体特性研究 [J], 方旭;卢志红;李斯阳5.Heusler合金Co_2MnAl(100)表面电子结构、磁性和自旋极化的第一性原理研究 [J], 姜恩海;朱兴凤;陈凌孚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
lieb晶格中量子自旋霍尔态的有限尺寸效应
让我们先来探讨一下lieb晶格中量子自旋霍尔态的基本概念。
Lieb晶格是一种六角结构的晶格，由具有三个不同的晶格常数的三角形所组成。
在这种结构中，量子自旋霍尔态是指在二维材料中，由于自旋-轨道相互作用和外加磁场的影响，导致电子在输运过程中出现的拓扑绝缘态。
这种态的存在对于材料科学和量子信息领域具有重要的意义。
接下来，我们来探讨lieb晶格中量子自旋霍尔态的有限尺寸效应。
在传统的无限大系统中，量子自旋霍尔态的拓扑性质是非常显著的。
然而，在实际的材料应用中，我们常常需要考虑到材料的有限尺寸效应。
这些效应包括边界效应、尺寸限制效应等，会对材料的电子性质和输运性质产生显著的影响。
有限尺寸效应会导致lieb晶格中量子自旋霍尔态的一些特殊现象。
在边界效应的影响下，材料的拓扑性质可能会发生改变，导致新的量子态的出现。
另外，由于有限尺寸的限制，材料中的自旋-轨道相互作用可能会被改变，从而影响量子自旋霍尔态的性质。
针对这些有限尺寸效应带来的挑战，科学家们进行了大量的研究工作。
他们发现，通过在lieb晶格中引入特定的边界结构或者利用外界手段调控材料的尺寸，可以有效地调控量子自旋霍尔态的性质，甚至在有限尺寸下实现更加优秀的量子输运性质。
lieb晶格中量子自旋霍尔态的有限尺寸效应对于材料科学和量子信息领域具有重要的意义。
我们需要深入地理解这些有限尺寸效应对于量子自旋霍尔态性质的影响，以便于更好地设计和调控材料的特性。
希望未来能有更多的研究工作能够解决这些挑战，并推动量子自旋霍尔态在实际应用中的发展。
个人观点和理解：在我看来，lieb晶格中量子自旋霍尔态的有限尺寸效应是一个非常有趣的研究领域。
通过研究这些效应，我们可以更好地认识材料的拓扑性质和量子输运性质。
而且，这些研究成果有望为新型量子材料的设计和合成提供重要的理论指导，为量子信息领域的发展做出贡献。
我期待未来能够看到更多关于这一领域的研究成果，为我们带来更多惊喜。
至此，我们对lieb晶格中量子自旋霍尔态的有限尺寸效应有了更加深入和全面的了解。
二维半导体原子晶体与器件
二维半导体原子晶体与器件二维半导体是一种仅具有两个原子层的半导体材料，通常以单层厚度的形式存在。
其中，最为广泛研究和应用的是二维材料中的石墨烯（Graphene）和过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMDs）。
二维半导体的原子晶体：石墨烯：石墨烯是由碳原子组成的单层二维晶格，呈六角蜂窝状排列。
它在电子传输方面具有优异的性能。
过渡金属二硫化物：TMDs 包括诸如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）等材料。
它们的晶体结构是由过渡金属原子和硫原子交替排列而成。
二维半导体器件：场效应晶体管（FET）：二维半导体常用于制造场效应晶体管。
例如，石墨烯场效应晶体管（GFET）和二硫化钼或二硫化钨场效应晶体管（MoS2 FET、WS2 FET）。
这些器件可用于电子学和光电子学应用。
光电二极管（Photodetector）：二维半导体在光电探测器中也得到了广泛应用。
由于其薄厚度和高载流子迁移率，TMDs 特别适用于制造高性能的光电二极管。
光电发射器（Light-Emitting Devices）：一些二维半导体，如石墨烯和TMDs，被用于制造光电发射器，用于在可见光和红外光范围内发射光。
量子点晶体管（Quantum Dot Transistor）：结合二维半导体和量子点技术，可以设计制造高性能的量子点晶体管，用于光电子学器件。
柔性电子学器件：由于二维半导体的柔韧性和可弯曲性，它们广泛应用于柔性电子学器件的制造，例如可穿戴设备和柔性传感器。
量子阱结构：在二维半导体中引入量子阱结构，可以调控能带结构，提高光电转换效率，用于太阳能电池等器件。
这些二维半导体材料和器件的研究为下一代电子学、光电子学和柔性电子学提供了许多潜在应用。
半导体超晶格材料及其应用
半导体超晶格材料及其应用
半导体超晶格材料是一种具有特殊结构的材料，其具有许多独特的性质和应用。
超晶格是由两种或更多种不同材料交替排列而成的结构，其周期性结构能够在电子结构中形成能隙，因此具有半导体的性质。
与传统半导体材料相比，半导体超晶格材料具有更广阔的带隙、更高的载流子迁移率和更好的光电性能，因此在电子器件、光电器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
半导体超晶格材料的制备方法包括分子束外延、金属有机化学气相沉积、原子层沉积等多种方法，其中原子层沉积是目前最为常用和有效的方法之一。
通过这些方法制备出的半导体超晶格材料已经在太阳能电池、发光二极管、激光器、光电探测器等领域得到了广泛的应用。
未来，半导体超晶格材料的应用前景将更为广阔，特别是在新能源领域、信息通信领域和生物医学领域。
例如，在太阳能电池领域，半导体超晶格材料能够提高光电转换效率，降低生产成本，因此具有广阔的应用前景。
在信息通信领域，半导体超晶格材料可以用于制造高速光通信器件，提高通信速率和稳定性。
在生物医学领域，半导体超晶格材料能够用于制备生物传感器和生物成像器件，提高诊断精度和治疗效果。
总之，半导体超晶格材料具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力，在材料科学、电子工程、能源科学等领域都具有重要的意义和价值。
112In低位能级准粒子壳模型计算
112In低位能级准粒子壳模型计算
李雪琴;竺礼华;吴晓光;贺创业
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2013(047)003
【摘要】在近球形核112In的高自旋态研究中,发现112In在高位能级存在磁转动的运动模式,然而,在低位能级中出现了一些类似单粒子激发的特性,表现出很强的单粒子特性,磁转动带建立在这些单粒子组态的能级上.本文运用准粒子壳模型对低位能级进行了计算,并与实验值进行比较,指定了112In部分低位单粒子能级的组态.【总页数】5页(P321-325)
【作者】李雪琴;竺礼华;吴晓光;贺创业
【作者单位】环境保护部核与辐射安全中心,北京100082;中国原子能科学研究院核物理研究所,北京102413;北京航空航天大学核科学与技术系,北京100191;中国原子能科学研究院核物理研究所,北京102413;中国原子能科学研究院核物理研究所,北京102413
【正文语种】中文
【中图分类】O572
【相关文献】
1.一种由自由电子能带模型计算费米能级的方法 [J], 李书平;王仁智;郑永梅;蔡淑惠;何国敏
2.A＝20附近丰中子和丰质子核分离能的壳模型计算 [J], 袁岑溪
3.A=20附近丰中子和丰质子核分离能的壳模型计算 [J], 袁岑溪;
4.用振荡偶极子模型计算能级寿命 [J], 舒锋
5.用振荡偶极子模型计算能级寿命 [J], 舒锋
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半导体、冷原子、过渡金属硫化物及超导中自旋、谷极化及Bogoliubov准粒子的动力学研究自旋电子学的主要目的是有效地操控固体材料中的自旋(或赝自旋)自由度。
对材料中自旋和电荷的动力学及它们的相互影响的理解对自旋电子学的发展非常重要。
针对这一问题,本论文根据所关心的物理系统分为三个部分。
在第一部分,我们研究半导体及超冷原子中的自旋动力学,其中包括自旋弛豫和自旋扩散。
在第二部分,我们研究单层和双层过渡金属硫属化物中由激子引起的谷极化的动力学,其中包括谷去极化动力学和激子的谷霍尔效应。
最后在第三部分,我们集中研究s-波和(s+p)-波超导体中Bogoliubov准粒子和凝聚体的自旋及电荷动力学。
第一部分,从第1章到第4章,我们集中研究超冷原子以及半导体中的自旋动力学。
在第1章,我们综述了半导体自旋电子学的背景及其在超冷原子自旋动力学中的应用。
我们首先综述了半导体中自旋的产生,自旋的检测,自旋的弛豫以及自旋的扩散。
其中,我们介绍了自旋霍尔效应,主要的自旋弛豫机制(其中包括D’yakonov-Perel’,Elliott-Yafet和Bir-Aronov-Pikus机制)和文献中对自旋扩散的理解(其中包括漂移-扩散模型和非均匀扩展图景)。
然后我们简要地介绍了超冷原子物理的背景,以及最近实现的自旋轨道耦合的超冷原子及其实验进展。
在第2章中,我们发现在超冷的自旋轨道耦合40K费米气中,当塞曼能远比自旋轨道耦合能大时,D’yakonov-Perel’自旋弛豫是反常的。
我们考虑了自旋极化垂直和平行于有效塞曼场的横向和纵向两种构型。
我们发现当自旋极化小时,横向自旋弛豫可分成四个而不是通常的两个区域:正常弱散射区,反常类DP区,反常类EY区和正常强散射区。
当自旋极化大时,我们揭示Hartree-Fock自能,作为有效磁场,能够极为有效地抑制弱散射区中的自旋弛豫。
在InAs(110)量子阱中,当处在Voigt构型下的磁场远比自旋轨道耦合场大时,我们进一步揭示了Hartree-Fock自能对反常D’yakonov-Perel’自旋弛豫的影响。
对于横向构型,我们发现自旋弛豫对Hartree-Fock有效磁场非常敏感。
我们揭示即使非常小的自旋极化(P = 0.1%)也能够显著地影响自旋弛豫的行为。
并且,当体系具有中等自旋极化时,我们发现Hartree-Fock场能够促进而不是抑制横向自旋弛豫。
这些特点与通常情形都很不相同。
在上述构型中我们理解了自旋弛豫的反常之处后,我们期待相同构型中自旋扩散也呈现反常的特点。
在第3章中,我们研究了超冷的自旋轨道耦合40K费米气中稳态的自旋扩散。
我们发现稳态自旋扩散的行为由三个特征长度决定:平均自由程,塞曼振荡长度和自旋轨道耦合振荡长度。
我们解析上揭示并且数值上验证通过调节散射强度,系统可分为五个区域,其中稳态自旋极化在空间演化的行为非常丰富,其对散射强度、塞曼场和自旋轨道耦合强度的依赖关系非常不同。
不同区域中自旋扩散的丰富行为很难用文献中简单的漂移-扩散模型和直接的非均匀扩展图景来进行理解。
然而,几乎所有这些丰富的行为能够用我们提出的修正的漂移-扩散模型和/或修正的非均匀扩展图景来理解。
特别地,我们揭示了自旋扩散的几个反常特点,其与从简单的漂移-扩散模型和直接的非均匀扩展图景所得到的十分不同。
除了研究D’yakonov-Perel’自旋弛豫机制之外,我们也研究了本征锗中的Elliott-Yafet自旋弛豫机制。
在第4章中,我们研究了本征锗中热电子效应对由电学方法注入的电子自旋弛豫的影响,并将其与当时在自旋注入构型下的输运实验[Phys.Rev.Lett.111,257204(2013)]进行了比较。
我们的计算结果与实验结果符合得很好。
我们揭示在低温下,当存在即使很弱的电场时,Elliott-Yafet自旋弛豫能够被显著加快。
这是因为锗中电声相互作用非常弱,从而电场能够在体系中诱导出明显的质心漂移。
这能够解释实验观测和前面理论计算[Phys.Rev.B 86,085202(2012)]之间的分歧:低温时,前面理论计算比实验结果要大约两个量级。
第二部分,从第5章到第8章,我们集中研究单层和双层过渡金属硫属化物MX2(M=Mo,W;X=S,Se)中由于电子-空穴交换相互作用引起的谷去极化动力学及激子的谷霍尔效应。
在第5章中,我们综述了在最近实现的单层和双层MX2中谷动力学的实验和理论进展。
在单层MX2中,我们分别介绍了与自由载流子、激子和荷电激子有关的谷动力学。
特别地,我们综述了最近实现谷极化的产生及探测其弛豫的丰富的实验。
在双层MX2中,我们强调了实验中呈现出的激子动力学的新特点。
我们也介绍了过渡金属硫属化物异质结及其电荷转移动力学。
我们在第6章推导了单层MoS2中的电子-空穴交换相互作用,接着研究了由该交换相互作用引起的谷去极化动力学。
我们发现长程和短程交换相互作用两者都能够引起谷间和谷内发光激子的转变。
但是由于价带大的能量劈裂,谷内发光激子转变通道几乎禁戒。
从而,由于Maialle-Silva-Sham机制[Phys.Rev.B 47,15776(1993)],由交换相互作用提供的谷间通道能够有效地引起谷去极化。
当仅考虑交换相互作用的长程部分时,我们的计算结果与最近的谷极化实验,包括时间分辨的谷极化测量、泵浦-探测实验和稳态的光学荧光极化测量相吻合。
进一步,受最近Zhu等人的光学荧光实验[PNAS 111,11606(2014)]的启发,在第7章中,我们研究了双层WS2中光激发谱和光学荧光去极化动力学。
我们提出了对光学荧光谱的一种不同理解。
考虑到双层WS2中同时存在层内激子和电荷转移激子,我们发现由于空穴的层间跃迁,两者的相互叠加可以构成准分子(excimer)态。
相应地,实验中观察到的四种光学激发分别计算为A-电荷转移激子,A’-excimer,B’-excimer和B-层内激子。
这些态与实验所推测的Γ-谷非直接激子,trion,A-激子和B-激子不同。
我们接着推导了双层WS2中电子-空穴交换相互作用,并且研究了其引起的光学荧光去极化动力学。
反常地,我们发现演化过程中总是存在一个为初始极化一半的剩余光学荧光极化,其持续无穷长的时间并且对初始的能量展宽和动量散射强度非常皮实。
这一大的稳态光学荧光极化意味着光学荧光弛豫时间非常长,从而可能是Zhu等人在双层WS2中所观察到的接近100%、反常大的光学荧光极化的原因。
我们进一步看到在单层和双层MX2中,上述电子-空穴交换相互作用是非常强的,其能够有效地改变激子的能谱。
这样,在第8章中,我们揭示了激子能谱的修正对单层和双层MoS2中谷去极化动力学的影响。
考虑了交换相互作用对激子能谱的修正,我们也能够研究由交换相互作用引起的激子的谷霍尔效应。
对于谷去极化动力学,在单层MoS2中,我们发现在强散射区,通常强散射区中的运动致窄图景不再正确,因为一个新的谷去极化通道被打开。
对于激子的谷霍尔效应,在单层和双层MoS2中,考虑到施加的单轴应变所引起的平衡态的漂移,我们发现交换相互作用能够引起谷/光学荧光霍尔流。
特别地,我们揭示了谷霍尔电导对无序势强度的依赖。
在强散射区,随着无序势强度的增加,谷霍尔电导减少;而在弱散射区,谷霍尔电导饱和为一个常数。
由于不受泡利阻塞效应,这一常数值可以比费米系统中的远大。
第三部分,从第9章到第14章,我们分别在弱和强自旋轨道耦合极限下,研究了超导态半导体量子阱中准粒子和凝聚体的自旋及电荷动力学。
在第9章中,我们介绍了超导金属中的准经典动力学方程,其中包括Gor’kov方程,Eilenberger 方程,Usadel方程和Ginzburg-Landau方程。
所有这些方程都可以用非平衡格林函数方法建立起来。
然后,我们介绍了三态超导电性及其在不同材料系统中的可能实现,其中包括3He超流体及非常规超导体Sr2RuO4,具有界面自旋轨道耦合的常规超导体,非中心反演对称超导体,和常规超导体与铁磁体界面。
在第10章中,我们首先介绍常规超导体中电荷失衡和自旋失衡的概念,以及实验和理论所揭示的电荷失衡及自旋失衡的动力学,包括其产生与弛豫。
然后我们综述了理论和实验对常规超导体中线性及非线性光学响应的研究,其中重点介绍超导体对THz光场的响应,其光子能量在超导能隙附近。
在非线性光学响应中,我们介绍了超导体中Nambu-Goldstone模,Higgs模以及Leggett模的概念及其在光学激发过程中的动力学。
在第11章中,在弱自旋轨道耦合极限下,在近邻于s-波超导体的GaAs(100)量子阱中,我们研究了超流速度可调控的准粒子态下的准粒子自旋弛豫。
我们阐明GaAs(100)量子阱中准粒子态可用超流速度进行调控。
在超流速度驱动的准粒子态中,我们发现准粒子的费米面由两个弧所组成(称为费米弧),其分别由类电子和类空穴分支所贡献。
当费米弧出现后,当超导序参量趋于零时,我们发现D’yakonov-Perel’自旋弛豫是反常的。
这是因为此时支间散射是禁戒的。
当与准电子和准空穴湮灭相关的凝聚过程很慢时,这意味着类电子和类空穴费米弧是独立的。
接着,费米弧的非闭合结构使得由自旋轨道耦合提供的有效磁场的角度平均不为零。
这一非零值可作为一个有效的塞曼场。
即使在强散射区,这一有效塞曼场也能够引起自旋振荡。
另外,在强散射区,我们发现费米弧的非闭合结构也导致自旋弛豫对动量散射的不敏感,这与通常的运动致窄情形非常不同。
我们接着在第12章中运用准粒子近似下规范不变的光学Bloch方程研究弱自旋轨道耦合的s-波超导态量子阱中准粒子和凝聚体对THz光场的响应。
特别地,在Bloch方程中,不仅准粒子动力学的微观描述可以实现,凝聚体动力学的影响也能够包括在内,其中超流速度和有效化学势自然地出现。
我们揭示超流速度自身能够对准粒子泵浦产生贡献(泵浦效应),而其变化率可贡献驱动场从而对准粒子产生驱动(驱动效应)。
我们发现只要驱动出的超导动量比费米动量来得小,以两倍光场频率振荡的Higgs模主要是由驱动效应而不是泵浦效应所激发的。
这与文献中用到的Liouville方程或者Bloch方程所得到的结论非常不同,其中驱动效应对反常关联的影响被忽略而仅仅泵浦效应被考虑了。
更进一步,在规范不变的光学Bloch 方程中,我们基于电荷的两分量模型自恰地考虑了电荷中性条件。
由此,准粒子的电荷失衡能够引起凝聚体有效化学势的涨落。
我们预言在光学过程中,泵浦效应和驱动效应两者都能够诱导准粒子的电荷失衡,从而导致化学势的涨落。
进一步,我们发现即使在由杂质引起的弹性散射下,这一化学势的涨落也会直接提供电荷失衡的弛豫通道。
这与以前文献中的理解非常不同。
以前研究认为在各向同性的s-波超导体中,弹性散射不能够引起任何电荷失衡的弛豫。