稀磁半導體納米材料的可控合成及其自旋物理學研究

《稀磁半導體納米材料的可控合成及其自旋物理學研究》是依託南昌大學，由全祖賜擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：稀磁半導體納米材料的可控合成及其自旋物理學研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：全祖賜
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

以稀磁半導體納米材料（DMSN）的能帶裁剪所產生的自旋動力學為依據，採用改進的sol-gel法和水熱-溶劑熱技術，通過調整功能性離子液體、穩定劑、表面活性劑、催化劑、金屬鹽類、襯底和模板類型、溫度場、濃度場和納米粒子特性場來控制合成幾種典型DMSN的形貌和結構參數。利用蒙特卡洛模擬DMSN的導帶底部和價帶頂部布洛赫態波函式的交換積分計算出DMSN系統有效的哈密頓量，由此推導出DMSN的自旋布里淵函式、自旋極化、自旋弛豫和布里淵中心區局域磁矩的交換相互作用的類型。擬通過對DMSN生長動力學、微結構、熱力學、能帶工程、電子結構及其鍵合、自旋與軌道和載流子相互作用的系統分析，探索具有潛在套用價值的DMSN形貌、結構參數和能帶可控及其磁性起源的內稟機制與載流子輸運、磁輸運、磁光效應和磁電耦合作用的物理關聯，為量子調控高居里溫度的DMSN自旋電子器件研究提供一定的實踐經驗和理論依據。

結題摘要

以稀磁半導體納米材料(DMSNs)的能帶裁剪所產生的自旋動力學為依據，通過對DMSNs生長動力學、微結構、熱力學、能帶工程、電子結構及其鍵合、自旋與軌道和載流子相互作用的系統分析，探索具有潛在套用價值的DMSNs形貌、結構參數和能帶可控及其磁性起源的內稟機制與載流子輸運、磁輸運、磁光效應和磁電耦合作用的物理關聯。基於摩擦起電和靜電感應耦合原理，構築一種智慧型、綠色、高性能、無外加電源、持久和穩定輸出的能量供給裝置——DMSNs與碳氟高分子薄膜複合基摩擦納米機(TENGs)陣列來為自驅動感測器和主動式探測器提供動力支持。採取理論結合實踐的研究方法，以摩擦起電和靜電感應耦合效應為出發點，結合COMSOL Multiphysics多物理場模擬軟體和有限元方法(FEM)從電路理論中尋找DMSNs基摩擦納米發電機(TENGs)的電學輸出特性、規律和突破口，建立交變電場作用下TENGs電路中電壓、電流的微分方程。通過最佳化TENGs器件結構和後端處理電路，對TENGs的輸出電壓、電流和功率進行有效調控，從而為DMSNs基自驅動系統的穩定的工作提供綠色、穩定、長久的動力支持。利用COMSOL軟體和有限元法分析TENGs的電壓、電流、電荷轉移量和等效電容，並結合TENGs陣列在開路、短路和外接負載時的V-t、I-t和Q-t等特徵曲線進行實證研究。系統研究摩擦層的微結構、元素組分、鍵合狀態、膜層複合、高壓極化、電子皮膚、器件尺寸、陣列結構、工作頻率、溫度變化條件下的開路電壓、短路電流、電荷轉移量、阻抗匹配、輸出功率、持久性、穩定性及其使用壽命，從而有效調控DMSNs基TENGs的輸出特性。利用控制電路、換能器、微控制感測技術、數據採集技術、封裝技術、控制單元和通訊系統，將DMSNs基TENGs和電子皮膚器件集成起來，在無外加電源時實現主動式電子皮膚基感測器和人體健康監測器的預測、診斷和探測工作。