摘要：二维磁性材料具有低维体系独特的电子特性、丰富的可调控特性和优异的磁响应性质,在逻辑计算、信息存储等领域具有广阔的应用前景.自从实验上成功合成原子层厚度的具有本征磁性的二维层状材料CrGeTe3和CrI3以来,二维磁性材料得到了理论计算和实验上的广泛关注.第一性原理计算能够预言材料的结构和性质、辅助实验探索物理现象本质并可进一步设计具有优异性能的新材料.本文首先介绍了磁性材料的基础理论和第一性原理计算方法,接着结合四类典型的二维磁性材料介绍理论计算的研究进展,包括二维磁性绝缘体CrGeTe3和CrI3、二维磁性金属Fe3GeTe2、二维内禀磁性拓扑材料MnBi2Te4和二维高温量子反常霍尔绝缘体LiFeSe.最后对二维磁性材料的第一性原理研究的未来发展方向作了展望.

摘要：自首次从石墨中剥离出石墨烯以来,只有原子级厚度的层状(或二维)材料因其丰富奇特的物性占据着当今凝聚态物理和材料科学的中心舞台。不断扩大的二维材料家族,包括石墨烯、硅烯、磷烯、硼烯、六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物、甚至强拓扑绝缘体等,不仅每个成员有其鲜明的个性,如独特的物性与制备方法,而且整个大家族又有其共性,如单层材料与衬底之间、层与层之间几乎都是依赖弱的范德瓦尔斯力耦合在一起。对任一个二维家族成员的深层理解,都可能对真正走进这一大家族有普适性价值。文章首先介绍范德瓦尔斯层状材料非平衡外延生长中常常遇到的主要原子过程和相应的形貌演化;进一步讨论范德瓦尔斯相互作用在二维材料横向或垂直堆叠的异质结中的重要性。在原子尺度的生长机理之外,也围绕二维材料的物性优化与功能化简要介绍一些最新进展,具体例子覆盖光学、电学、自旋电子学、催化等领域。

摘要：离化态原子广泛存在于等离子体物质中,其相关性质是天体物理、受控核聚变等前沿科学研究领域的重要基础.基于独立电子近似,本文系统研究了扩展周期表元素(2 Z 119)所有中性和离化态原子的基态电子结构.基于设计的原子轨道竞争图,系统总结了各周期元素轨道竞争的规律,并结合离化态原子的局域自洽势阐明了其轨道竞争(即轨道塌陷)的机制;在此基础上,说明了部分元素性质与轨道竞争的关系.利用本文研究得到的离化态原子基态电子结构,可建立更精密计算相关原子的能级结构、跃迁几率等物理量之基础,从而满足高功率自由电子激光实验分析、原子核质量精密测量等前沿研究的需求.

摘要：量子反常霍尔效应是一种存在于二维电子气中,具有无带隙的手性边缘态但体态绝缘的物理现象.不同于强磁场下量子化朗道能级引起的量子霍尔效应,量子反常霍尔效应可通过引入自旋轨道耦合相互作用以及交换场来实现.作者回顾了量子反常霍尔效应的研究进展,评述了石墨烯中的量子反常霍尔效应.通过理论模型预言在石墨烯体系中引入交换场破坏时间反演对称性,通过考虑Rashba自旋-轨道耦合,可在狄拉克点打开一个拓扑非平庸的量子反常霍尔效应体能隙,进一步分析解释其物理根源.讨论了几种实验原型,尝试通过外部操控在石墨烯中实现量子反常霍尔效应.

摘要：量子点发光二极管(QLED)存在高亮度时效率低、高效率下亮度低的问题。如何在高亮度的同时保持高效率、且具有高稳定性,是QLED领域亟需解决的难题,也是制约其在高亮高效显示和照明领域应用的关键技术瓶颈。针对这一挑战,本研究团队通过设计以硒为阴离子贯穿元素的核壳结构量子点(CdSe/ZnSe),优化了发光层能级与传输层能级的匹配,提高了载流子的注入效率和平衡,从而实现了器件整体性能的大幅度提升。在可见光区标志性的红、绿、蓝三基色QLED器件上,获得的最高亮度和外量子效率分别达到356 000、614 000、62 600cd/m^2和21.60%、22.90%、8.05%。在器件稳定性方面,红色和绿色QLED器件的寿命达到160万小时以上,蓝色的寿命达到7 000小时以上,解决了以往QLED在高亮度下低效率、高效率下低亮度的关键难题,首次实现了兼具高亮度高效率的红、绿、蓝QLED器件,原理上展示了QLED在显示与照明两大领域都将大有作为。

摘要：连续波腔衰荡光谱技术(CW-CRDS)可以实现对痕量气体的高灵敏检测。基于(CW-CRDS),采用近红外分布反馈式二极管激光器(DFB-DL)和半导体光放大器(SOA),使用自主设计的高精细度Fabry–Pérot腔、激光驱动器、阈值检测电路,实现了紧凑型气体分析装置的设计。其中SOA在放大激光功率、提升衰荡信号信噪比的同时,还作为光开关,用于触发衰荡事件。整个系统集成在一个700 mm×300 mm×185 mm的定制机箱中,基于该装置测量了位于6359.97 cm^(−1)处的CO_(2)气体,对空腔衰荡的时间序列分析结果显示系统的探测极限为3.85×10^(−8)cm^(−1)。