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lfaitaoyao金蟲 (著名寫手)
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[交流]
北大教授在利用彈性應(yīng)變梯度調(diào)控半導(dǎo)體激子和載流子動力學(xué)研究上取得重要進展 已有2人參與
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從原子尺度對半導(dǎo)體材料的電子能帶結(jié)構(gòu)和載流子動力學(xué)進行人工裁剪和調(diào)控，對于設(shè)計新型光電子功能器件和提升現(xiàn)有半導(dǎo)體光電子器件性能，尤其是小尺度的納米光電子器件，具有十分重要的指導(dǎo)意義。北京大學(xué)物理學(xué)院俞大鵬教授等早期的研究工作證明，由于微/納米尺度材料能夠承載比體材料大得多的彈性應(yīng)變（Physical Review B 73，235409，2006），可以從原子尺度連續(xù)和可逆地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的晶格參數(shù)，應(yīng)變效應(yīng)被放大（Advanced Materials 21，4937，2009），應(yīng)變梯度發(fā)揮作用（Advanced Materials 24，4707，2012），因此彈性應(yīng)變工程被廣泛認為是另外一種可能用于人為調(diào)控半導(dǎo)體材料電子能帶結(jié)構(gòu)和載流子動力學(xué)行為的重要手段。近年來，人們對應(yīng)變下微/納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料的發(fā)光和能帶等物性調(diào)控開展了廣泛的研究。但是，對于非均勻應(yīng)變場的應(yīng)變梯度對半導(dǎo)體激子和載流子動力學(xué)影響的研究，尤其是實驗上的研究是一個巨大的挑戰(zhàn)，主要原因是長期以來一方面難以在微/納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體中實現(xiàn)精確可控的非均勻應(yīng)變場；另一方面缺乏同時具有高空間分辨率和時間分辨率的實驗技術(shù)。 最近，“人工微結(jié)構(gòu)與介觀物理”國家重點實驗室和“量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”俞大鵬教授研究團隊的博士生付學(xué)文、青年教師廖志敏等，在非均勻應(yīng)變場的應(yīng)變梯度對半導(dǎo)體激子和載流子動力學(xué)特性的調(diào)控研究方面取得了重要進展。他們進行了精巧的實驗設(shè)計，利用微操縱手段首次對ZnO微/納米線實現(xiàn)了精確可控的標準四點純彎曲形變加載，在液氦溫度（5.5 K）下利用連續(xù)波長陰極熒光譜（CW-CL）的高空間分辨和高頻譜分辨特性，系統(tǒng)研究了純彎曲ZnO微/納米線橫截面內(nèi)激子發(fā)光的能量與應(yīng)變梯度的對應(yīng)關(guān)系，觀察到了束縛激子發(fā)光在整個彎曲橫截面高達60meV的整體紅移反�，F(xiàn)象。他們與北大國際量子材料科學(xué)中心的馮濟教授、美國麻省理工學(xué)院（MIT）的李巨教授、南京航空航天大學(xué)的郭萬林教授等開展理論合作研究，通過模型建立和數(shù)值模擬，提出了上述反常實驗現(xiàn)象是由于應(yīng)變梯度對激子的驅(qū)動效應(yīng)所導(dǎo)致的重要結(jié)論。該結(jié)果于1月27日發(fā)表在納米科技領(lǐng)域的頂級刊物之一《先進材料》（Advanced Materials 2014，26，2572，Xuewen Fu，et al.）上。 隨后，為了進一步從實驗上直接證實應(yīng)變梯度對半導(dǎo)體激子和載流子動力學(xué)的驅(qū)動效應(yīng)，付學(xué)文兩次被派往瑞士洛桑理工大學(xué)與Benoit Deveaud教授課題組開展合作研究，利用該實驗室獨一無二的超高時間／空間分辨的陰極熒光（TRCL）技術(shù)對純彎曲ZnO微/納米線開展皮秒時間分辨的激子動力學(xué)進一步深入研究，首次從實驗上直接觀察到了前面工作預(yù)言的應(yīng)變梯度對激子的驅(qū)動效應(yīng)，確立了半導(dǎo)體中應(yīng)變梯度的重要作用，即應(yīng)變梯度可有效用于調(diào)控半導(dǎo)體激子和載流子動力學(xué)特性，這對于設(shè)計開發(fā)各種新型半導(dǎo)體光電子器件具有十分重要的指導(dǎo)意義。該結(jié)果于3月21日發(fā)表在納米科技領(lǐng)域的另一頂級刊物《ACS Nano》【ACS Nano 2014，8（4），3412. Xuewen Fu，et al.】上。這是迄今國際上為數(shù)不多的在超高時空分辨條件下研究半導(dǎo)體材料載流子動力學(xué)效應(yīng)的研究工作，也是我國在此研究方面唯一的報道工作。北大國際量子材料科學(xué)中心的馮濟教授、南京航空航天大學(xué)的郭萬林教授等在上述研究結(jié)果的理論模擬計算分析方面作出了重要的貢獻。 00ff30d39f0514f6455b02.jpg 00ff30d39f0514f6459c04.jpg |
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