自兴发[1]2016年在《Cu_2O基薄膜制备及其异质结特性研究》文中研究表明能源危机与环境污染是人类正面临的两项重大挑战。在太阳能电池研究领域,探索低成本、结构简单、环境友好,具有潜在应用前景的薄膜太阳能电池材料,并寻求提高其光电转换效率的途径是新型太阳能电池的一个重要发展方向。氧化亚铜(Cu_2O)是一种p型直接带隙半导体,在可见光区具有较高的光吸收系数。同时,Cu_2O组成元素来源丰富、无毒,制备成本低,因此可望作为一种潜在的理想光吸收层用于薄膜太阳能电池。但是,本征的Cu_2O载流子浓度低、电阻率大,而且通常制备的Cu_2O薄膜大多混有CuO相,降低了Cu_2O对可见光的吸收。此外,Cu_2O薄膜太阳能电池制备中容易引入不良界面态,从而影响光生载流子的有效分离。上述缺点严重影响了Cu_2O薄膜太阳能电池的光电性能。因此,研究如何制备不含CuO等杂相、且具有良好表面态的纯相Cu_2O薄膜,实现其有效p型掺杂、减小其电阻率,对于开发高性能Cu_2O薄膜太阳能电池具有重要意义。本文基于磁控溅射技术和快速热退火技术,开展了Cu_2O、氮掺杂Cu_2O(Cu_2O:N)、氧化锌(ZnO)及铝掺杂ZnO(AZO)薄膜的制备、结构和光电性能研究。重点研究了关键工艺参数对薄膜的生长行为、物相结构及光电特性的影响规律。最终建立了单相Cu_2O薄膜的可控制备技术,实现了Cu_2O的p型有效掺杂,并成功制备了Cu_2O:N/AZO和Cu_2O:N/ZnO/AZO两种的异质结,采用1D-SCAPS模拟软件对异质结性能进行了理论模拟和分析,为开发低成本、高效Cu_2O薄膜太阳能电池提供了一种理论参考。论文的主要工作及结论如下:1.采用脉冲磁控溅射单质金属Cu靶制备Cu_2O薄膜,研究不同沉积条件对薄膜生长行为的影响、讨论了其可能的形成机制,通过优化沉积条件实现了单相Cu_2O(111)薄膜的可控制备;采用射频(RF)磁控溅射Cu_2O靶制备Cu_2O薄膜,并对预沉积的Cu_2O薄膜进行快速热退火(RTA)处理,研究不同沉积条件和退火处理对薄膜生长行为的影响、讨论了其可能的形成机制,通过条件控制制备出单相Cu_2O(111)薄膜。结果表明,Cu_2O薄膜的晶化温度在300℃附近;在N2气氛下对预沉积Cu_2O薄膜进行600℃以下的快速热退火处理不影响薄膜的物相结构。2.在无氧(o2)环境下采用rf磁控溅射cu2o靶制备cu2o:n薄膜,并对其进行快速热退火处理,研究不同n2流量和退火温度对薄膜生长行为的影响、讨论了其可能的形成机制。结果表明,低n2流量(<12sccm)下沉积的薄膜成分为cu2o和cuo的混合相,高n2流量(>12sccm)下沉积的薄膜为纯相的cu2o:n(111)薄膜,薄膜呈现叁维(3d)的结核生长模式;在n2气氛下对预沉积的cu2o:n薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的电阻率随退火温度的增加而减小,薄膜展示出较好的电性能。3.在o2和氩(ar)的混合气氛下采用rf磁控溅射zno靶制备zno薄膜,研究不同衬底温度对薄膜生长行为的影响、讨论了其可能的形成机制。结果表明,室温(rt)下生长可获得单相的zno(002)薄膜,生长温度大于室温制备的zno薄膜具有(002)择优生长取向,(103)晶相随生长温度的增加而增强。rt下生长的zno薄膜的平均透射率约为85%,可作为薄膜太阳能电池的缓冲层;在无o2环境下采用rf磁控溅射azo靶制备azo薄膜,研究不同衬底温度对薄膜生长行为的影响、讨论了其可能的形成机制。结果表明,azo薄膜具有(002)择优生长取向;衬底温度为150℃沉积的azo薄膜,展示出较好的表面形貌和光电性能,可作为薄膜太阳能电池窗口层用。4.采用rf磁控溅射在cu2o:n薄膜上沉积azo薄膜构筑cu2o:n/azo异质结,研究了异质结的光电特性。结果表明,cu2o:n/azo异质结展示出明显的整流行为,导通电压(vth)为0.68v、电流密度(j)为2.5×10-4ma/cm2;异质结对580nm以下波长范围内的太阳光谱有较强吸收;采用rf磁控溅射在cu2o:n/azo异质结间低温(rt)沉积插入zno缓冲层,制备了cu2o:n/zno/azo异质结,研究了异质结薄膜的光电特性。结果表明,插入zno缓冲层可有效防止异质结的界面扩散,保护cu2o:n薄膜的表面态;相对cu2o:n/azo异质结,cu2o:n/zno/azo异质结的vth值增大了0.08v,外量子效率(eqe)在370nm以下波长范围内明显提升;插入zno缓冲层改善了cu2o:n/azo异质结的vth和外量子效率(eqe),但由于异质结串联电阻的增大,导致了异质结的电流密度j减小。5.利用1d-scaps模拟软件对cu2o:n异质结性能进行理论模拟和分析,研究了Cu_2O:N吸收层薄膜厚度、缺陷态浓度及ZnO缓冲层厚度对异质结性能的影响。结果表明,当Cu_2O:N薄膜的缺陷态浓度tN大于1.0′1016 cm-3,Cu_2O:N/AZO和Cu_2O:N/ZnO/AZO两种异质结的性能均急剧下降;在Cu_2O:N/AZO异质结间插入ZnO缓冲层可减小Cu_2O:N和AZO的导带间隙、改善异质结能带的匹配度,但异质结的短路电流密度Jsc随ZnO厚度的增加而减小。
曹盛[2]2016年在《环境友好型叁元合金量子点的制备与掺杂及其光电性能研究》文中指出量子点(Quantum Dots:QDs)作为一种新型荧光纳米材料,具有可溶液化学法制备、易分散加工、吸收截面大、发光效率高等优异特性,在太阳能光伏电池、发光和显示器件、生物成像医疗等领域,具有诱人的广泛应用前景。已有研究表明,将传统二元体系量子点拓展为多元组分合金量子点,可实现其带隙在更大范围的有效调控。此外,在本征半导体晶格中引入具有光学活性的掺杂剂(如过渡金属Mn、Cu离子),除可获得一系列从红外到可见光的具有更长激发态寿命的光致发光外,还可大大增加其光谱的斯托克斯位移量,从而抑制发光材料自吸收问题并提高光化学稳定性,推动其在高密度、大功率发光器件的应用。因此,过渡金属掺杂多元组分合金量子点的相关研究,成为当前活跃的研究热点之一。当前已有的叁元合金量子点的研究,一般含有重金属元素(如Cd和Pb等),其无法避免的环境污染等问题,是限制其将来广泛应用的主要问题之一。本论文围绕环境友好型高质量叁元合金量子点的研发,采用过渡金属离子(Mn、Cu)对其掺杂修饰,系统研究了量子点的光学性能与基体材料组分和掺杂离子种类、浓度等之间的内在关系,深入探讨了掺杂离子的发光机理,并基于其优异的发光性能和独特的发光机理,探索了其在光电及传感器等领域的器件应用。论文工作首先实现了具有长荧光寿命、特征Mn离子发射和大斯托克斯位移的高质量Mn掺杂Zn-In-S量子点的制备；在此基础上,为拓宽上述基体材料的禁带调控范围,利于光电器件中量子点被有效激发,将基体材料由Zn-In-S拓展为Cu-In-S/ZnS,制备了Mn掺杂Cu-In-S/ZnS量子点,并探索了其在白光照明器件方面的应用；其次,为拓宽量子点发光峰位的可调控范围,实现由相对单一的特征Mn离子橙红色发射到更宽波段的可见光发射,将具有独立发光中心特征的Mn离子替换成具有复合发光中心特征的Cu离子,制备了Cu掺杂Zn-In-Se量子点,并将其应用于发光二极管；最后,基于上述对Mn、Cu掺杂离子的发光机理的深入研究,实现了Mn、Cu两种不同发光属性的掺杂离子共掺,实现了Zn-In-S量子点稳定的双掺杂离子本征发射,探索了其在比率温度传感器中的应用。综合本论文工作,所取得的主要研究成果如下：采用热注入法制备了Mn掺杂Zn-In-S量子点。研究发现成核反应的温度、十八烯-硫(OED-S)的用量、Zn/In组分的比例以及Mn离子掺杂浓度等是合成高光学质量量子点的关键因素。通过系统优化各项参数,获得了荧光峰位在600nm、大斯托克斯位移(0.9-1.7 eV)、带隙在2.9到3.7 eV范围内可调谐、发光量子产量(PLQY)可达56%、具有优异热稳定性的Mn掺杂Zn-In-S量子点。其荧光寿命为迄今报道最长,达4.2 ms,并可通过配体交换实现其在水溶性介质中的分散,表明其在生物荧光成像等领域潜在应用前景。采用热注入法制备了Mn掺杂Cu-In-S/ZnS量子点。研究发现Cu/In比例是实现Mn离子发射的关键,降低Cu／In比例有利于获得Mn离子特性荧光的发射。另外,研究表明,Mn离子掺杂浓度对Mn离子发射的光谱纯度起决定性作用。通过组分和结构的精细调控,所制备的Mn掺杂Cu-In-S/ZnS量子点可获得纯Mn离子发射,其峰位在610nm,PLQY可达66%,荧光寿命为3.78 ms。基于Mn掺杂Cu-In-S/ZnS量子点构筑白光二极管(QD-LED)器件,显色指数CRI达78、发光效率为48 lm／W,色坐标为(0.404,0.306),具有优异的综合性能。采用硒粉(Se)直接分散在ODE中作为Se源,以取代传统有机膦-Se,制备了Cu掺杂Zn-In-Se量子点。通过调控Zn/In组分,实现了在可见光谱范围内荧光峰位可调谐的Cu离子发射。研究表明,其发射峰位在565-710 nm内可调,PL QY可达38%,表明ODE-Se是一种可靠的Se源,可替代传统有毒有机膦-Se。基于Cu掺杂Zn-In-Se量子点构建的QD-LED,其最大光亮度可达320 cd/m2 (15 V),最大电流效率为0.98 cd／A,展现了其良好的潜在应用前景。采用共掺杂技术,制备了环境友好型Mn和Cu双掺杂离子本征发射的Zn-In-S量子点。研究表明,量子点基体材料的导带到Cu离子的掺杂能级的能量差,是决定量子点中是否出现Mn离子发光的关键所在,澄清了一直困扰Mn、Cu双掺杂量子点发光机理的问题。基于Mn和Cu离子双本征发射的Zn-In-S量子点构建的比率温度传感器,在100-320K范围内的比率灵敏度为0.132%k-1,无滞后,具有优异的稳定性。
黄清雨[3]2017年在《单分子和双分子两种体系有机荧光器件的动态特性及优化》文中认为有机发光的过程就是激子形成,传输和衰减的过程。激子是否能进行有效的辐射跃迁直接影响到器件的效率和稳定性,这也正是我们在发展OLED技术中遇到的最大的问题和挑战。这些问题都与材料和器件中激发态的形成和衰变、激子的动态行为等最基本的动态物理过程紧密相关。激子是有库仑力束缚的电子空穴对,CT激子和Frenkel激子存在于有机材料中。CT激子通常是电子和空穴分别位于不同分子上的激子,也就是论文第叁章讨论的双分子激子。Frenkel激子的激子半径最小,其电子和空穴共存于同一个分子上。双分子激子,单分子激子自身的衰减,以及激子和激子,激子和极化子在发光过程中之间的互相作用是本论文研究的对象和内容。本论文分别以双分子参与发光的激基复合物和单分子参与发光的聚合物为对象,采用瞬态发光及其它常规测试手段,深入分析了这两种不同器件的发光机制,及发光层本征特性、功能层特性对发光性能的影响,在此基础上进一步优化了器件性能。本论文首先研究了基于双分子激基复合物OLEDs的发光机制及热激发延迟荧光(TADF)机制。以激基复合物为天然的桥梁,实现了高效TADF过程,在不使用重金属原子的情况下,获得了最大亮度为17100cd/m2,电流效率为41.07cd/A的高效荧光OLEDs。通过薄膜的稳态光致发光光谱以及瞬态光致发光衰减寿命等测试手段,证明了 m-MTDATA:3TPYMB(1:1)体系能实现稳定的激基复合物发光。并利用电致瞬态测试研究电场对双分子激子衰减过程的影响:反向电压对即时发光强度明显减小的作用说明了外加电场使激基复合物激子中的电子和空穴距离增加而导致单线态激子不可逆的解离;高电流驱动时,存在大量的叁线态激子、单线态激子以及极化子它们之间的相互作用、相互碰撞大大增加,叁线态激子大量被猝灭。其次基于单分子黄光聚合物发光材料(SY),针对聚合物有机电致发光器件(PLEDs)中普遍存在的载流子平衡问题以及相邻功能层之间混溶的工艺问题进行了系统的研究,制备了以ZnO/PEIE双分子层作为电子注入层(EIL)和空穴阻挡层(HBL)反型PLEDs。并通过控制PMMA层的厚度,调整载流子分布,消除过剩的空穴电流。加入了 5.6 nmPMMA层的发型PLED器件,最高EQE达到4.3%。并采用电致瞬态测试手段分析研究了聚合物中单分子激子的衰减机制,通过改变发光层SY-PPV层的厚度和调整空穴电流的注入,明确了 PLED中高发光效率原因以及PLED中高电流密度下的roll-off现象的原因。最后在本论文的工作中,通过掺入适量的金属镍,在玻璃和柔性衬底(PET)上制备了超薄(～7nm)、平整(粗糙度<1nm)、高导电性并且有良好机械柔韧性和热稳定性的Ni-doped Ag薄膜。并将该银膜代替ITO作为电极,应用于柔性反型黄光PLEDs中。Ni-doped Ag薄膜作为电极时器件的性能比ITO的EQE提高了 34%,通过模拟计算反型PLEDs中的光波模式分布分析了银薄膜PLED效率增加的原因。最后研究了器件的角度光谱、机械性能,并在PET上基于Ni-doped Ag薄膜制备2 cm×2 cm大面积的柔性发光器件。获得了基于超薄银膜的柔性透明电极,并利用这一薄膜透明电极制备出了厘米尺寸的柔性OLEDs,相比于ITO电极的器件的电流效率增强了 34%。同时,基于超薄银膜的OLEDs在不同视角下的发射光谱几乎不变,其弯曲稳定性超过了 1000次。我们的工作展示出超薄银膜透明电极在柔性有机光电器件领域的巨大应用潜力。图52幅,表5个,参考文献131篇。
郝树宏[4]2016年在《连续变量量子逻辑门序列和量子误差修正》文中指出量子信息科学是量子力学、信息科学和计算机科学等学科相结合而发展起来的的一门新兴学科,是国际研究的前沿领域。量子信息基于量子特性而具有独特的信息功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可以突破现有的经典信息系统的极限。量子信息主要包括量子通信与量子计算两大研究方向。量子计算在解决某些计算难题方面具有经典计算无法替代的优势。最初,量子计算研究主要集中在基于量子比特的分离变量领域。然后,随着以光场正交分量为基础的连续变量量子信息处理系统的快速发展,连续变量量子计算也从理论探讨进入实验研究阶段。连续变量量子计算在某些方面具有一些优势,可以比较有效的模拟连续变化的量子系统。连续变量多组份纠缠态光场是量子计算和量子通信网络的重要资源之一。基于多组份纠缠态的单向量子计算是一种重要的量子计算方式。量子逻辑门和量子误差修正是量子计算中的重要环节。我们研究组以连续变量多组份纠缠态光场为量子资源,开展了量子逻辑门序列和量子误差修正方面的研究工作。本文的主要研究内容如下：1.单模压缩操作和傅立叶变换操作是连续变量量子计算领域中的两个基本逻辑操作。我们利用Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)双模纠缠态光场,以一种更简单,更有效的方案实现了这些基本量子逻辑操作。理论计算和实验结果都表明,我们所提出的方案不仅在数量上最大程度地降低了对量子资源态的要求,而且在相同的资源条件下增强了输出模式的压缩度和保真度。这种利用双模纠缠态光场实现逻辑操作的方法可以作为基本计算单元应用在以后的大规模量子计算中。2.利用cluster纠缠态作为量子资源的单向量子计算是一种高效的量子计算模式。我们以连续变量六模cluster纠缠态作为量子资源,第一个完成了连续变量量子逻辑门序列的实验演示,它是由一个单模压缩操作和一个双模受控位相门组成的门序列。这个门序列的输出模式保真度和两个输出模式之间的纠缠度等量子特性在实验上得到了验证,输出模式之间的纠缠既依赖于压缩门也依赖于受控位相门,其序列作用得到证实。我们提出的门序列方案可以扩展至更多逻辑门组合,用以执行通用高斯计算。3.量子误差修正能够保护量子态在量子通信和量子计算过程中不受噪声和退相干作用的影响,这使得我们能够执行容错的量子信息处理。我们实验实现了一种针对单一随机误差的五波包结构编码方式的量子误差修正。我们采用的五编码通道是五模连续变量的纠缠态光场。特别是,在我们的编码方案中,输入态的信息仅仅被编码在五个传输通道的其中叁个上,因此在剩余的两个通道上引入的任何错误将不会影响输出态的结果,即输出量子态对来自这两个信道上的错误有免疫功能。我们分别采用真空态和压缩态光场作为输入信号,验证了任意的单通道误差的量子误差修正过程,输出态的保真度超过了相应的经典极限。所完成的研究工作创新之处如下：1.利用光学模的EPR纠缠源实现了连续变量单模高斯操作——单模压缩操作和傅立叶变换,简化了操作方案,节省了量子资源。2.利用六模cluster纠缠态实现了包含一个压缩门和一个受控位相门的量子逻辑门序列,为实现包含多个逻辑门组合的复杂量子计算系统提供了实验基础。3.基于五模纠缠态光场,采用部分编码方式,实现了紧凑高效的连续变量五波包编码量子误差修正方案。
赵丹[5]2011年在《量子测量的语境论解释》文中研究说明在退相干与非定域性等量子力学理论与实验进展的新视野下,审视量子测量的基本特征与量子测量问题是量子力学哲学研究的重要论题。论文通过对量子测量动态过程的语境分析,揭示出非定域性的基本特征,进而构建量子测量的语境论解释,对量子测量问题进行了求解。论文第一章与第二章回顾了量子测量问题及其主要的求解策略,明确了对测量问题的求解需要引入解释的附加因素。第叁章、第四章和第五章分别通过对量子测量的背景理论、测量过程、测量结果解释叁方面的分析,论证了量子测量的语境性特征。第六章则把语境性上升到本体论、认识论和方法论层次,提出了量子测量的语境论解释,并对量子测量问题进行了求解。第一章引入了量子测量及量子测量问题。通过对冯·诺依曼形式化量子力学体系的解读,在量子测量与经典测量的比较中揭示了量子测量的一般特征；指出,量子测量问题产生的根源在于量子力学理论中预设了两种对立的演化方式,其症结在赋予波函数以传统实在观的物理解释与哲学基础的寻求中,存在主观的与客观的两种求解测量问题的思路；回顾了量子力学的哥本哈根解释、玻姆解释和相对态解释等,分析并比较了这些解释中的不同预设、求解测量问题的不同方案以及各自存在的问题。第二章介绍了求解测量问题的新平台,即退相干理论。对量子测量与量子力学解释引入退相干理论的历程进行回顾,分析了退相干理论对测量问题的分解与求解,指出退相干理论未彻底解决测量问题,并进而解读了退相干理论的意义；在退相干理论视野下,重新审视了量子力学的标准解释、哥本哈根解释、相对态解释和玻姆解释；最后指出测量问题仍然是开放的,有必要结合实际量子测量的特征提出一种新的解释。第叁章分析了量子测量背景理论的语境性。在对理论语境进行层次划分的基础上,用语义上升与语义下降描述测量与不同理论语境间的互动关联；以斯特恩-盖拉赫实验为例,分析了实验发生的原理理论语境、操作理论语境和实在解释语境,进而探讨了理论语境与测量间的相互作用,包括理论语境对测量的制约、生成和解释作用,以及测量对理论语境的检验和再语境化功能。第四章分析了量子测量过程中的语境性。在探讨语义分析之于量子测量的方法论意义基础上,以EPR-玻姆实验为例,分析了该实验从理想实验到真实实验过程中实验的语义表征、语义转换和语义实现,以及非定域性概念从最初的预设,经过数学表述,而后得到实验验证的过程；通过语义分析,澄清了围绕在非定域性概念内涵上的争论,阐述了量子力学中非定域性的表现形式。第五章分析了量子测量结果解释中的语境性。解释语境对于分析科学术语的指称和科学理论的意义非常重要：以能量-时间不确定关系为例,探讨ΔE和Δt的指称、AE·Δt≥h/2的意义要在相应的解释语境下进行,且各种ΔE和Δt的指称、ΔE·At≥h/2的意义分别形成了认识论的解释语境、本体论的解释语境和语义学的解释语境；最后在普遍意义上阐述了语境解释及其功能。第六章构建了量子测量的语境论解释。通过分析哥本哈根解释和新哥本哈根解释对测量与测量语境的强调,提出语境论的解释；语境论解释把语境实在作为本体论基础,把测量的语境性作为认识论途径,把语境分析方法作为方法论平台；语境论解释否弃了本征值-本征态关联,把测量的确定结果解释为客体在语境中的显现,给出了非塌缩的、实在论的量子测量问题求解策略。结语部分按照量子力学与实在论的关系这一线索,总结了论文提出语境论解释的过程,并指出了未来的研究方向。论文在量子力学要求革新经典实在观这一现实条件下,构建了符合非定域性这一新实在观的量子测量语境论解释。未来,量子测量的语境论解释要接受更多量子理论与实验的挑战,并要为科学实在论作辩护。
邓富国[6]2004年在《量子通信理论研究》文中研究指明量子通信是量子信息的核心内容之一。它为信息的安全传输提供了新的方法。自从BB84量子密钥分配方案以来,量子通信无论在理论上还是在实验上取得了大量的研究成果,吸引了许多科学家加入这一研究领域。本博士论文主要涉及了量子通信的四个方面,即量子密钥分配、量子安全直接通信、量子机密共享和量子信源编码。在量子密钥分配方面,我们提出了叁种新的理论方案。第一种方案是一种新的技术,即控制顺序重排加密技术。它利用一组正交的Bell基态的传输来完成量子密钥分配,它具有传输率高和节省经典交换信息的优点。第二种方案是基于弱激光脉冲的双向量子密钥分配方案,这一方案可以允许每个弱脉冲中最多可以有两个单光子,缓解了对单光子源的压力,同时它还具有不需要双方公布测量基的优点。第叁种方案是基于纠缠光子对序列的多用户网络结构下任意点对任意点的量子密钥分配方案。量子安全直接通信是将机密信息直接加载到量子态上直接传输,这与量子密钥分配不同,因而对它的安全性要求比量子密钥分配高。我们提出了判断量子通信是否是真正的量子安全直接通信的四个判据,并提出了叁个安全的量子安全直接通信方案,即分步传输、量子一次一密、重复使用经典一次一密量子安全直接通信方案。分步传输方案引进了数据块传输的思想,它具有绝对安全和编码容量高的优点。量子一次一密方案使用极化单光子作为信号源,在量子信号的制备与测量上带来了方便,在实验上更容易实现。重复使用经典一次一密方案更进一步去掉了量子态的储存,使得经典一次一密密码能够重复使用,实现保密通讯,这不仅是密码学理论上的一个新观点,而且可以直接在实际应用中使用。我们提出将经典密码映射成量子态的思想,即将经典密码换成量子密钥,利用非克隆定理来保证量子密钥的安全性。在量子机密共享方面,我们提出了一个基于纠缠粒子对的量子机密共享方案、一个以极化单光子为信号源的量子机密共享方案和一个环形拓扑结构的量子机密共享方案。在信源编码方面,我们提出了两种提高测量基加密量子密钥分配编码容量的方法,即非对称量子信源编码和对称量子信源编码方法,从而提高了量子密钥分配信源编码的容量。
安海萍[7]2007年在《稀土掺杂ZnS量子点的制备与发光性能研究》文中提出纳米材料科学是一门涉及多学科领域的科学,纳米颗粒由于尺寸小,能产生量子尺寸效应、表面效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应等。它们的光学性质和体材料相比有很大的变化。作为纳米技术的一个重要组成部分,半导体量子点不但在基本物理问题上具有独特的性质,而且在光电子器件方面也有巨大的潜在应用。近年来半导体掺杂的量子点的光学性质也引起了人们的重视。针对半导体量子点研究中的热点问题,本论文主要对稀土掺杂的ZnS量子点的制备和表征进行了研究,取得的主要结果如下:1.水相合成技术制备了平均粒径为5nm且分布较均匀的ZnS:Eu量子点。由光谱分析知其具有良好的荧光特性,且发光强度是随着铕离子掺杂浓度的增加而增强的,由于铕离子和锌离子间离子半径的差异及价态的不匹配,影响了铕离子所处ZnS晶格不同对称中心位置的几率分布,使得~5D_0→~7F_2与~5D_0→~7F_1跃迁的强度在增加的同时,比值也由0.898变为1.0519。并且样品放置的时间还会影响到其发光强度的稳定性。2.采用加入电荷补偿离子,无机壳层包覆和微乳液法制备等手段来改善ZnS:Eu量子点的荧光特性。结果发现经叁种方法改善的量子点具有更好的光致发光效率,发射光谱和激发光谱的强度都有不同程度的明显增强。加入电荷补偿离子Li+和Al~(3+)离子后的样品和加入之前的样品相比较,两个发光峰的强度平均增强了分别为125.35%,171.3%左右;包覆ZnS壳层后的样品和包覆之前的相比较,两个发光峰的强度平均增强了约为214.55%;微乳液法制备的ZnS:Eu量子点和水相法制备的同种样品相比较,两个发光峰的强度平均增强了约为266.9%。3.本文还利用水相合成技术制备了稀土离子Tb~(3+)和Er~(3+)掺杂的ZnS量子点,并且发现了ZnS:Er量子点的上转换荧光发射光谱。以810nm的近红外光激发时,它的发射光谱主要由464nm、537nm、576nm叁个发光带组成,它们分别对应于Er~(3+)离子的~4F_(5/2)、~2H_(11/2)、~4S_(3/2)到基态~4I_(15/2)的跃迁。4.以十六烷基叁甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,拟薄水铝石为无机源,利用喷雾干燥技术合成了粒度分布均匀,平均粒径约为0.7um的有序多孔氧化铝粉末。并利用多孔氧化铝为模板,结合浸渍渗透技术及热处理将Eu_2O_3组装进多孔氧化铝内。荧光光谱发现组装后的Eu_2O_3/Al_2O_3纳米结构复合材料激发光谱有两部分组成,在紫外区有一宽带谱,中心位于264nm,属于Eu~(3+)-O2-的电荷迁移跃迁;另一组为一系列很窄的吸收线,它们都是由Eu~(3+)中f-f能级的电子跃迁所致。发射光谱最强峰位于614nm,另外在591nm及579nm均有一个较弱的发射峰。
丁茁[8]2012年在《光子纠缠态的制备及其在量子通信中的应用》文中进行了进一步梳理自1935年以来,量子纠缠一直受到人们广泛的关注。量子纠缠是量子力学不同于经典物理科学最特殊、最不可捉摸的特征。纠缠态在量子信息学当中扮演着极其重要的角色。如果没有量子纠缠现象,就不会有目前的量子信息学。量子信息具有经典信息所没有的很多新特征,这是因为纠缠态具有特殊的物理特性,与此同时纠缠态也为信息的处理和传输提供了新型的物理资源。伴随着近些年来量子信息学的发展,人们对量子纠缠作了大量深入的研究。因为量子纠缠具有非定域的特性,因此纠缠态在量子信息学——特别是在量子通信中,取得了广泛的发展和应用。本文阐述了量子纠缠的基本原理,主要研究了光子纠缠态的制备,通过线性光学元件和量子非破坏性测量装置(QND)来完成光子纠缠态的制各：包括双光子Bell态,叁光子GHZ态和叁光子纠缠W态的制备。并讨论了光子纠缠在量子通信中的两个方面的应用：量子远程传态和量子密集编码。
文洪燕[9]2012年在《耗散光学微腔中的少光子数迭加态》文中研究表明随着量子信息科学技术的高速发展,光场量子态的非经典性、量子操控以及量子态的制备等各相关问题越来越成为人们关注的焦点。众所周知,我们对量子态的演化性质的了解对于我们的量子态的操控是有非常大的帮助的,而量子态所对应的Wigner函数和这个量子态的密度矩阵一样包含了量子态的概率分布、相位等信息,由此,对量子场态的Wigner函数的研究是具有非常大的价值和意义的。然而为了简便,目前的许多对场态的非经典性的研究大多数都停留在理想的无耗散的情况下。但是在实际系统中,非经典光场是不可能不与周围环境发生相互作用,并且发生相互作用同时破坏其非经典性质,从而造成退相干。在模拟量子信息和量子计算等过程中,非经典光场的退相干具有重要作用,因此我们对耗散光场量子态的研究就显得非常重要。本文就是从理论上用主方程推算了耗散腔中的少光子数迭加态(例如0、1和2叁个态的迭加)的Wigner函数,并推算它的二极关联函数和反二阶关联函数,我们讨论了耗散情况下的少光子数迭加态的统计性质随各个参数的不同而发生变化,并通过作出对应的耗散Wigner函数的二维图和叁维图,我们研究了此迭加态的各个不同时刻的大致的衰减性质及衰减趋势。除此之外,我们还给出了一个在QED腔场下的来制备和探测这个少光子迭加态的可行的方案。在这个工作中,我们发现,少光子数迭加态的Wigner函数随着时间增加而逐渐的消失,最后保持在一个正值不再变化。换句话说,此耗散情况下的微腔少光子数的迭加态的非经典性质在整个耗散过程中会随着时间而逐渐减弱直至消失,到达一定的值后,则停留在一个经典的相干态并且不再随着时间增大而变化。同时我们发现,此态的二阶关联函数在随着时间总是保持不变,我们直接通过耗散主方程来理论探讨也发现此二阶关联函数与时间无关。也就是说此少光子数的反聚束效应只与初始值有关,而与时间无关。由此可见二阶关联函数并不是一个很好的描述耗散肠腔的非经典性质的参量。我们还推算了反二阶关联函数,发现它更适合来描述耗散腔的非经典效应。
张翔[10]2017年在《碳基复合电极材料的制备及其在超级电容器中的应用研究》文中认为超级电容器,作为一种新型的电能存储器件,具有高功率密度、优异的稳定性、快速充放电功能以及环境友好等诸多优点,在电子、通信、交通、电力、工业节能、国防等许多领域具有重要的应用价值和巨大的市场潜力。电极材料是超级电容器的关键组成部分,常见的超级电容器电极材料包括碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物等。碳材料主要呈现双电层电容特性,具有优异的充放电循环稳定性,符合实际应用中对器件寿命的高要求,但是比电容相对较低。过渡金属氧化物和导电聚合物主要呈现赝电容特性,依赖可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应来储存电荷,虽然具有较高的比电容,但是电容循环稳定性较差。这些电极材料既有各自的优势,又有其不足。因此,对电极材料的研究并非仅限于单一组分材料,复合材料往往可以呈现出更加出色的电化学性能。碳基复合电极材料因其原料丰富、价格低廉、制备工艺简单且性能优异而倍受关注。本论文对碳基复合电极材料的制备、电化学性能及其在超级电容器中的应用进行了研究,主要研究内容如下:一、氮掺杂多孔炭的制备及其电容性能研究以天然产物为碳源,叁聚氰胺为氮源,经碳化和氢氧化钾(KOH)高温活化后得到氮掺杂多孔炭(NPC)。在800℃下活化所得的NPC-800呈现多孔状的微观形貌,氮元素含量达到6.45 wt%,主要以吡啶氮和吡咯氮的形式存在。将NPC作为活性材料制备成电极并组装成对称型超级电容器。在两电极体系下,以6 mol L-1 KOH为电解液,通过恒电流充放电(GCD)和循环伏安(CV)测试表明:电流密度为0.1 Ag-1时,NPC-800所组装的超级电容器的比电容值达到145 F g-1,而且当功率密度为50 W kg-1时,能量密度可达到20 Wh kg-1。经过1000次循环充放电后,其比电容仍然能保持96.9%,库仑效率稳定在99%,以上结果表明NPC具有优良的电容特性和循环稳定性,适用于超级电容器电极材料。二、氧化石墨烯/聚吡咯二元复合材料的合成及其电容性能研究采用改进的Hummers法制得氧化石墨烯(GO),再采用原位聚合法合成氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)二元复合材料。扫描电子显微镜(SEM)表征可知该二元复合材料呈现褶皱的纳米片层形貌,这是由于PPy通过π-π堆叠、氢键和静电等相互作用从而在GO表面形成一层致密的覆盖层。在叁电极系统中进行GCD和CV测试,结果表明在0.5Ag-1的电流密度下,GO/PPy的比电容值达到468Fg-1,高于单一 PPy电极的比电容值(267Fg-1)。而且,由于GO与PPy之间的协同效应,GO/PPy的倍率性能和循环稳定性也都得到了显着的提升。由此可见,PPy与GO复合以后所得GO/PPy二元复合物的电容性能得到了增强。叁、氧化石墨烯/碳量子点/聚吡咯叁元复合材料的合成及其电容性能研究分别采用微波辅助热解法、水热法以及原位聚合法合成了碳量子点(CDs)、氧化石墨烯/碳量子点(GO/CDs)二元复合物和氧化石墨烯/碳量子点/聚吡咯(GO/CDs/PPy)叁元复合物。通过在GO纳米片与PPy层之间引入CDs可以提升叁元复合材料的电子传输并降低电极的内部电阻以及电荷传输电阻。此外,具有高比表面积的CDs可以增强GO、CDs以及PPy叁者之间的界面性能从而增大叁元复合材料的介电常数。在0.5 A g-1的电流密度下,GO/CDs/PPy呈现出576 Fg-1的比电容,将其组装成对称型超级电容器,在250Wkg-1的功率密度下可获得的最大能量密度为30.1 Wh kg-1。更重要的是,叁元复合物经过5000次充放电后仍具有较高的比电容,表现出优异的循环稳定性。为了评价电极材料的实际应用价值,我们将5个超级电容器串联成一个简易模组,发现仅需充电17秒就可以将59个发光二极管点亮超过1分钟。上述结果表明,CDs在提升GO/CDs/PPy叁元复合材料的电容性能过程中起到了重要的作用,所构筑的双电层电容/赝电容混合超级电容器具有高的能量密度和优异的循环稳定性,从而具有潜在的市场应用前景。
参考文献：
[1]. Cu_2O基薄膜制备及其异质结特性研究[D]. 自兴发. 云南师范大学. 2016
[2]. 环境友好型叁元合金量子点的制备与掺杂及其光电性能研究[D]. 曹盛. 北京科技大学. 2016
[3]. 单分子和双分子两种体系有机荧光器件的动态特性及优化[D]. 黄清雨. 北京交通大学. 2017
[4]. 连续变量量子逻辑门序列和量子误差修正[D]. 郝树宏. 山西大学. 2016
[5]. 量子测量的语境论解释[D]. 赵丹. 山西大学. 2011
[6]. 量子通信理论研究[D]. 邓富国. 清华大学. 2004
[7]. 稀土掺杂ZnS量子点的制备与发光性能研究[D]. 安海萍. 天津理工大学. 2007
[8]. 光子纠缠态的制备及其在量子通信中的应用[D]. 丁茁. 北京邮电大学. 2012
[9]. 耗散光学微腔中的少光子数迭加态[D]. 文洪燕. 西南交通大学. 2012
[10]. 碳基复合电极材料的制备及其在超级电容器中的应用研究[D]. 张翔. 安徽大学. 2017
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