摘要：超宽禁带半导体在发展电子器件的性能方面具有巨大潜力.本文利用密度泛函理论和精确的屏蔽杂化泛函计算了两种不同相的NaYO_(2)的电子和光学性质.电子结构计算结果表明,NaYO_(2)的单斜相和三方相都表现为直接带隙,大小分别5.6 eV和5.4 eV,超越了公认的金刚石和GaN半导体材料,为半导体行业提供了一个物理上现实的材料平台.研究了NaYO_(2)两相的光学性质,发现它们在红外和可见光区都是透明的.因此,NaYO_(2)可被用作红外窗口材料.

摘要：具有强激子效应的二维层状材料为研究二维极限下的激发态激子行为提供了极好的平台.虽然传统二维层状半导体(如过渡金属二硫族化物)中的激子动力学已经被广泛研究,但对具有强电子/激子-声子耦合的二维层状半导体中的激子特性和动力学知之甚少.本文通过实验和理论相结合的方法,以二维层状As_(2)S_(3)为模型,揭示了由强激子-声子相互作用驱动的本征高度局域化的激子.结果表明,As_(2)S_(3)中光激发电子/空穴电荷在~110飞秒内自发局域化,产生了较大Stokes位移和较宽的光致发光.理论计算表明层间的硫原子之间光激发形成一定的层间键,引发晶格畸变和载流子局域化.本研究为理解二维半导体中激子和晶格动力学之间复杂的相互作用提供了一个全面的物理图像,对其光电特性和应用具有重要意义.

摘要：本文采用与实验I-V曲线高度吻合的多物理场全耦合数值模型来模拟低水甲烷燃料SOFC的运行过程.基于抗积碳电流密度实验数据推导出的动力学积碳活性判据,利用多场耦合数值模型系统研究了电池工作参数和阳极扩散阻碍层厚度对阳极积碳倾向的影响.仿真模拟揭示了燃料利用率、电流密度、扩散阻碍层厚度和电池工作电压的相互关系.结果表明,在阳极添加400um厚的扩散阻碍层是实现SOFC高功率密度和不积碳运行的最优设计.这种阳极结构设计对实现高效率低成本的SOFC技术具有重要意义.

摘要：【目的】理解分子与固体界面发生的超快电荷转移物理机制,对于提升太阳能电池以及光催化反应的能量转化效率起着至关重要的作用。【文献范围】在许多含有氢元素的分子/固体界面,分子会以一定结构吸附,分子中的氢会在固体表面形成氢键网络。由于氢元素具有很轻的质量,同时,它在分子中常常以质子的形式存在,因此人们常常可以在分子/固体界面观察到质子电子耦合在一起的电荷转移过程,而这类过程中质子的核量子效应(Nuclear quantum effects,NQEs)无法被忽略。最近,我们发展了结合路径积分分子动力学(Path-integral molecular dynamics,PIMD)与非绝热分子动力学(Nonadiabatic moleculardynamics,NAMD)的计算方法RP-NAMD,可以有效地研究质子电子耦合的电荷转移过程。然而,其中PIMD/RPMD的巨大计算量限制了这类方法在真实体系中的应用。【方法】在本文中,我们利用深度学习方法,大幅度减小了PIMD/RPMD的计算量,使得RP-NAMD可以应用于更大的体系,并可以用来研究更长时间尺度的动力学过程。为了验证新的方法,我们选择了甲醇/二氧化钛界面作为原型体系,并研究了核量子效应在界面质子耦合的电荷转移过程的重要作用。【结论】总之,本文基于深度学习,为大家提供了一种实用的、可以用来研究核量子效应与载流子动力学耦合效应的计算方法。

摘要：激发态动力学是凝聚态物理中至关重要且富有挑战的科学问题,不仅需要从时间、空间、能量和动量等多个维度来描述,同时还需要考虑各种准粒子的相互作用以及多体效应.本文聚焦凝聚态体系激发态动力学的理论和应用研究,结合含时密度泛函、GW-BSE与面跳跃方法,发展了激发态动力学第一性原理计算软件Hefei-NAMD,构建了可以同时从时间、空间、动量、能量、自旋等多个维度研究凝聚态体系激发态动力学的理论和程序框架,并实现了自旋分辨的GW+real-time BSE(GW+rtBSE)激子动力学.利用这套方法,研究了凝聚态体系激发态动力学的许多问题,包括界面电荷转移动力学、电子空穴复合动力学以及二维TMD材料的谷激子动力学等.这些研究从第一性原理计算的角度,模拟激发态载流子在实空间、能量空间和动量空间的含时演化,为凝聚态体系的激发态动力学及准粒子耦合过程提供了深刻细致的理解.