在固体物理学和凝聚态物理学中,态密度 (DOS) 量化了所考虑材料中易被占据并具有确定能量的电子态的数量。只要知道色散关系,就可以计算出这个量。可以为各种各样的系统计算 DOS。某些量子系统由于其晶体结构而具有对称性,这简化了 DOS 的计算。总 DOS 是一个允许确定材料电子传导特性的参数。对于晶体中的每个原子,我们确定一个半径为的球体,在该球体内部,我们将电子密度投影到球谐函数(类型:s、p、d 或 f)上。部分 DOS 用于识别晶体中化学键的结构。使用 DFT(密度泛函理论)对单斜 ZrO 2 (m-ZrO 2 ) 的电荷密度和 DOS 进行了第一性原理研究,其中 m-GGA (TPSS) 函数用于交换关联势、伪势 (PP) 近似和 STO (斯莱特类型轨道) 作为集成在 ADF-BAND 代码中的基本函数。氧化锆 (ZrO 2 ) 是一种高 k 电介质 (k 25 和 E g 6 eV)。ZrO 2 是一种很有前途的高 k 电介质候选材料,可取代 SiO 2 作为 CMOS 中的栅极氧化物,因为它兼具出色的机械、热、化学和介电性能。
共轭供体-受体体系中的光诱导电子能量转移自然伴随着接受过量电子能量的分子内振动能量重分布。在此,我们使用非绝热激发态分子动力学模拟,在共价连接的供体-受体分子二元体系中模拟这些过程。我们分析不同的互补标准,系统地识别积极参与供体受体(S2S1)电子弛豫的振动简正模式子集。我们根据所涉及的不同势能面(PES)定义的状态特定简正模式来分析能量转移坐标。一方面,我们识别在电子跃迁过程中对原子核上的主要驱动力方向贡献最大的振动,用供体和受体电子态之间的非绝热导数耦合矢量表示。另一方面,我们监测简正模式的过量能量瞬态积累及其分子内能量重分布通量。我们观察到,活跃模式的子集根据它们所属的 PES 而变化,并且这些模式经历了最显著的重排和混合。促进供体 受体能量汇集的核运动可以主要集中在 S 2 态的一个或两个正常模式上,而在能量转移事件之后,它们会分散到 S 1 态的多个正常模式中。
捕获离子量子信息处理的常用方法是利用电子态存储信息,而离子链共享的运动模式可实现纠缠操作[1]。然而,运动模式可以发挥更积极的作用。例如,运动自由度可用于存储量子信息[2],从而允许使用捕获离子进行连续变量的量子信息处理。运动模式也是量子逻辑谱学中非常重要的工具[3],这使得精确的原子钟成为可能[4]。此外,在计量学中,非经典离子运动状态可以发挥优势[5 – 7]。从更基本的方面来看,捕获离子运动在量子热力学研究中充当工作介质[8 – 10]。研究陷阱势变化时声子对产生的动力学可以模拟粒子的产生,从而建立量子信息处理和宇宙学之间的联系[11]。最后,局部声子的测量及其跟踪使得运动自由度的量子模拟成为可能[12,13]。捕获离子的运动可以用各种方法测量[8,12,14 – 19],包括通过交叉克尔非线性[18,20,21]和复合脉冲序列[12]。还有使用快速绝热通道(RAP)[22,23]和受激拉曼绝热通道(STIRAP)[24]序列或多色振幅调制的方案
自 1990 年以来,电阻尼特的表示一直基于二维电子态中发生的 QHE 的整数量化电阻平台。这些量化的电阻值为 RHU) = R'(.,JO/i,其中 R H 是量化的霍尔平台电阻 RK。!lQ 是 1990 年推荐的冯·克利青常数值,i 是整数量子数 [1]。在 1980 年发现 QHE 后的最初几年里,Si-MOSFET 和半导体异质结构(最常见的是 GaAs/Al,Ga(1)As)被用于计量表征和比较 [2-4],最近,几家国家计量研究所已经开发和改进了生长半导体 QHE 器件的配方,适用于在相对较高的电流和弱磁场下进行精确的电阻计量 [5, 6],因此该标准更容易获得并且在计量上更有用。11 不是一个简单的过程来生产在量子水平上经过良好量化的器件在源漏(-D)电流为 20 μJ 至 100 μJ 且温度为 T2:14 μJ 时,i = 2 平台在相对较低的磁通量(8 < 9 T)下工作。这要求 GaAs/AlxGa(I-x)As 异质结构中的材料成分难以复制,从而通过杂质故意降低电子迁移率以增加平台宽度,同时保持相对较高的载流子浓度 ['1]。此外,金属触点必须扩散到异质结构的器件层中,并且通常很难使用现代光刻技术获得多个高导电触点。自从使用微机械解理技术 [7] 发现石墨烯以来,已经开发出几种其他相对简单的方法来生产表现出 QHE 平台的碳基 2DEG(二维电子气)器件。单层石墨烯中独特的电子态产生了一些对基础物理来说最重要的特性,其中单粒子能带结构使电子和π都具有相对论狄拉克费米子的特性,例如,最低的Landa能级之间的间隔非常大。对于一些单层石墨烯器件,这有助于扩大i = 2 QHE平台的o(钉扎)[8, 9],并可能导致器件在比传统半导体QHE器件高得多的温度、更高的电流或更低的场下实现良好的量化,以进行精密计量。此外,在暴露表面上直接制造电极允许在各种配置中进行电子传输测量。与异质结构器件(其中2DEG埋在半导体内部)不同,石墨烯器件中的导电通道可以位于衬底的表面上,因此可以使用表面科学技术对其进行微观扫描和表征。通过使用原子力显微镜(AFM)、低能电子显微镜(LEEM)[10]、扫描隧道显微镜/光谱(STM/STS)[11J和拉曼光谱,石墨烯器件可以收集石墨烯中异常QHE状态下详细形态和微观电子结构之间关系的数据。
自 1990 年以来,电阻尼特的表示一直基于二维电子态中发生的 QHE 的整数量化电阻平台。这些量化的电阻值为 RHU) = R'(.,JO/i,其中 R H 是量化的霍尔平台电阻 RK。!lQ 是 1990 年推荐的冯·克利青常数值,i 是整数量子数 [1]。在 1980 年发现 QHE 后的最初几年里,Si-MOSFET 和半导体异质结构(最常见的是 GaAs/Al,Ga(1)As)被用于计量表征和比较 [2-4],最近,几家国家计量研究所已经开发和改进了生长半导体 QHE 器件的配方,适用于在相对较高的电流和弱磁场下进行精确的电阻计量 [5, 6],因此该标准更容易获得并且在计量上更有用。11 不是一个简单的过程来生产在量子水平上经过良好量化的器件在源漏(-D)电流为 20 μJ 至 100 μJ 且温度为 T2:14 μJ 时,i = 2 平台在相对较低的磁通量(8 < 9 T)下工作。这要求 GaAs/AlxGa(I-x)As 异质结构中的材料成分难以复制,从而通过杂质故意降低电子迁移率以增加平台宽度,同时保持相对较高的载流子浓度 ['1]。此外,金属触点必须扩散到异质结构的器件层中,并且通常很难使用现代光刻技术获得多个高导电触点。自从使用微机械解理技术 [7] 发现石墨烯以来,已经开发出几种其他相对简单的方法来生产表现出 QHE 平台的碳基 2DEG(二维电子气)器件。单层石墨烯中独特的电子态产生了一些对基础物理来说最重要的特性,其中单粒子能带结构使电子和π都具有相对论狄拉克费米子的特性,例如,最低的Landa能级之间的间隔非常大。对于一些单层石墨烯器件,这有助于扩大i = 2 QHE平台的o(钉扎)[8, 9],并可能导致器件在比传统半导体QHE器件高得多的温度、更高的电流或更低的场下实现良好的量化,以进行精密计量。此外,在暴露表面上直接制造电极允许在各种配置中进行电子传输测量。与异质结构器件(其中2DEG埋在半导体内部)不同,石墨烯器件中的导电通道可以位于衬底的表面上,因此可以使用表面科学技术对其进行微观扫描和表征。通过使用原子力显微镜(AFM)、低能电子显微镜(LEEM)[10]、扫描隧道显微镜/光谱(STM/STS)[11J和拉曼光谱,石墨烯器件可以收集石墨烯中异常QHE状态下详细形态和微观电子结构之间关系的数据。
金属卤化物钙钛矿半导体在太阳能电池中表现出色,在薄膜中添加过量的碘化铅 (PbI 2 ),无论是作为介观粒子还是嵌入域,通常都会提高太阳能电池的性能。甲脒碘化铅 (FAPbI 3 ) 钙钛矿薄膜的原子分辨率扫描透射电子显微镜显微照片显示,FAPbI 3:PbI 2 界面非常相干。结果表明,这种界面相干性是通过 PbI 2 偏离其常见的 2H 六方相形成三角 3R 多型体来实现的,这是通过包含近八面体单元的弱范德华力层堆叠中的微小移动实现的。揭示了精确的晶体学界面关系和晶格错配。进一步表明,这种 3R 多型 PbI 2 具有与钙钛矿相似的 X 射线衍射 (XRD) 峰,因此基于 XRD 对 PbI 2 存在的量化不可靠。密度泛函理论表明,该界面不会在带隙中引入额外的电子态,因此在电子上是良性的。这些发现解释了为什么在钙钛矿薄膜生长过程中 PbI 2 略微过量可以帮助模板钙钛矿晶体生长并钝化界面缺陷,从而提高太阳能电池的性能。
• 聚合物:包括气体分离、反渗透、纳滤、超滤、微滤、渗透汽化等具有特定功能的聚合物膜。 • 先进纳米结构材料:包括碳及其他复合材料、碳管等。 • 合成纤维面料和可穿戴技术:设计和制造具有技术功能、保暖或防水性能以及其他功能的智能面料。 • 高附加值金属和材料:具有特定性能的金属和其他物质,包括高电阻、高导电性等,常用于太空、地下勘探等极端环境。例如,其中包括:陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼、金刚石等刀具材料。 • 生物材料:为用于医学或生物功能而创造的生物或合成物质。 • 可持续技术的量子材料:具有非平凡拓扑电子态及其磁相的二维 (2D) 材料、拓扑绝缘体和半金属、超导体。探索复杂的相互作用、电子相关性以及量子自旋在可持续技术中的应用,例如低功耗电子学、自旋电子学、高效照明、太阳能利用和先进的传感器设备。 • 其他创新材料:包括用于储能复合材料、聚合物等的先进材料。航空航天、智能移动和无人系统该技术领域专注于新型交通方式、移动性和空间技术,包括自动驾驶、无人机和无人系统方面的创新,以及传感器、传感、数据处理和电信领域的系统:
当具有整数自旋的粒子在低温和高密度下聚集时,它们会发生玻色-爱因斯坦凝聚 (BEC)。原子、磁振子、固态激子、表面等离子体极化子和与光耦合的激子表现出 BEC,由于大量占据相应系统的基态,因此产生高相干性。令人惊讶的是,最近发现光子在有机染料填充的光学微腔中表现出 BEC,由于光子质量低,这种情况发生在室温下。在这里,我们证明无机半导体微腔内的光子也会热化并经历 BEC。虽然人们认为半导体激光器是在热平衡之外运行的,但我们在系统中确定了一个热化良好的区域,我们可以清楚地区分激光作用和 BEC。半导体微腔是探索量子统计光子凝聚体的物理和应用的强大系统。实际上,光子 BEC 在比激光器更低的阈值下提供其临界行为。我们的研究还显示了另外两个优点:无机半导体中没有暗电子态,因此这些 BEC 可以持续存在;量子阱提供更强的光子-光子散射。我们测量了一个未优化的相互作用参数 (̃ g ≳ 10 –3),该参数足够大,可以了解 BEC 内相互作用的丰富物理特性,例如超流体光。
交替磁性影响电子态,从而允许非相对论自旋分裂的存在。由于交替磁性自旋分裂存在于 3D 布里渊区的特定 k 路径上,我们预计交替磁性表面态将存在于特定的表面取向上。我们揭示了交替磁性表面态的性质,考虑了三个代表性空间群:四方、正交和六方。我们计算了 3D 布里渊区的 2D 投影布里渊区。我们研究了表面及其各自的 2D 布里渊区,确定了具有相反符号的自旋分裂合并消除了交替磁性的位置以及哪些表面上保留了交替磁性。观察三个主要表面取向,我们发现在几种情况下,两个表面对交替磁性视而不见,而交替磁性在一个表面取向上仍然存在。哪个表面保留了交替磁性还取决于磁序。我们定性地表明,与盲表面正交的电场可以激活交替磁性。我们的结果预测了哪些表面需要分裂以保留表面或界面中的交替磁性,这为通过自旋分辨的 ARPES 观察薄膜中的非相对论交替磁性自旋分裂以及将交替磁性与其他集体模式对接铺平了道路。我们为研究交替磁性对平凡和拓扑表面状态的影响开辟了未来的前景。
被捕获的离子可以通过用激光激发其内部电子态形成有效的量子二能级系统,从而充当有前途的可扩展量子比特,而离子在谐波势阱中的量化运动状态使我们能够通过库仑力与相邻离子相互作用。因此,高保真操作需要精确了解系统的运动退相干时间,即离子的运动状态不再可靠地被知道或不再能被控制的时间。现有的运动相干性测量通过将运动状态与激光驱动的内部跃迁耦合来间接控制和测量运动状态,因此,它们可能容易出现电子状态退相干和激光幅度或频率波动。在本论文中,我们应用了之前提出的直接电场操纵被捕获离子运动相干态的机制,在一种新的自由进动序列中测量运动相干时间。该序列由连续谐振子相空间中两个相位差可变的相干位移组成,由可变的延迟时间分隔。在 4 开尔文的超高真空室中,使用位于铌表面电极阱上方 50 微米处的锶-88 + 离子,我们测量了 (24 ± 5) 𝑠 − 1 的运动退相干率。该测量速率与系统的预期退相干率相匹配,其中捕获离子加热在幅度上超过其他形式的退相干,这很可能是我们系统的情况。