與帶位勢運算元相關的幾個問題

《與帶位勢運算元相關的幾個問題》是依託北京大學，由唐林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：與帶位勢運算元相關的幾個問題
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：唐林
• 項目類別：面上項目

項目摘要

GaN和AlN納米線在發光、太陽能電池、探測和場發射等方面有廣泛的套用前景，引起高度重視。本項目將瞄準GaN和AlN納米線可能存在的各種缺陷，致力於解決實驗提出的三個亟待解決且有較大爭議的缺陷主導納米線發光問題：(1)GaN納米線3.45eV發光峰、(2)極性六角GaN納米線黃髮光帶(中心在560 nm)和(3)AlN納米線2-4eV寬的非對稱藍發光帶的微觀起因。考慮到納米線大的比表面、量子尺寸效應、表面原子排列和鍵組態的無規性及納米線與環境的介電失配效應，基於第一性原理計算，研究缺陷對GaN和AlN納米線電子結構和光學性質的調控和影響，澄清缺陷的本質，闡明缺陷主導的特定PL光譜的微觀物理起因，探索改進相應的納米線基發光和光伏器件性能的新途徑，以豐富人們對小尺度納米體系奇妙物理現象的認識，不僅對低維納米結構的基礎研究，而且對基於這些結構的高效納米器件的套用都意義重大，且具有極大的挑戰性。

結題摘要

瞄準低維納米半導體的缺陷、發光、低載流子遷移率、磁性、壓力異常光譜和寬頻隙半導體AlN和ZnO的p型摻雜及InN帶隙爭議等問題開展研究。我們發現：GaN納米線表面微線中的受限電子到晶體場劈裂空穴帶的躍遷導致了E||c偏振的3.45 eV發射線，VGa、CN和CN-ON共同決定了GaN納米線中心在2.2 eV的黃髮光帶；從激子基態到VN,VAl,ON和3ON-VAl缺陷能級的光躍遷（1.96,2.16,2.74和2.94 eV）共同決定了AlN納米線寬的非對稱藍發光帶；如果用摻雜NX或AgZn的超薄ZnX(X=S,Se,Te)層插入ZnO形成短周期的(ZnO)m/(ZnX)n(m＞n)超晶格來代替傳統的ZnO材料，則p-型ZnO可以實現；Mg受主激活能能夠從高鋁Al0.83Ga0.17N合金的0.44 eV降低到MgGa delta-摻雜的納米尺度(AlN)5/(GaN)1 超晶格的0.26 eV（已被實驗精確驗證）；InN寬頻隙範圍0.6-2.3 eV的物理起因是由於樣品表面納米結構誘導的量子受限效應；構建二維InSe/BP范德華異質結，可以提高InSe空穴遷移率3個數量級達104 cm2V-1s-1；范德華間隙過渡金屬原子Sc-Zn摻雜可以在InSe/BP中誘導出鐵磁、反鐵磁和順磁性；扶手椅型InSe納米帶是非磁直接帶隙半導體，具有高電子遷移率103 cm2V-1s-1，鋸齒形納米帶表現出本徵鐵磁性，自旋極化靈敏依賴於納米帶邊緣結構；對二維InSe施加適當的壓應變，可以顯著提高空穴遷移率約2-3個數量級達103-104 cm2V−1s−1，在約6%壓應變下，二維單（少）層InSe轉變為直接帶隙；少層hBN的低溫缺陷PL譜表現出異常發光行為，由於層內和層間相互作用的不同競爭導致了單光子發射線有一個寬的譜範圍570-730 nm，並呈現出三種不同的壓力回響，壓力係數可以是負的（紅移），正的（藍移）或從負到正改變符號（紅移到藍移）。這些結果闡明了納米半導體中幾個令人困惑的現象背後的物理機理，解決了寬頻隙半導體中的幾個關鍵問題，對未來的科學研究和相關光電器件的套用具有重要指導意義。