物电学院2011-2020年国家级项目简介
作者:  发布时间:2020-09-16   动态浏览次数:109

项目列表


年度

序号

项目名称

项目来源

项目编号

项目周期

主持人

经费

项目简介

万元

2019

1

基于合流Heun函数的角向Teukolsky方程精确解的研究

国家自然科学基金

面上项目

11975196

2020.1-2023.12

陈昌远

60

角向Teukolsky方程在黑洞的引力自作用和准正模等问题的研究中有着重要的应用,目前只能逐级近似求解,影响了人们对黑洞问题的认识。本项目将提出一种获得其精确解的全新方案。运用不同形式的函数变换和变量代换方法,把具有自然边界条件且符合施图姆-刘维尔边值问题的角向Teukolsky方程转化为合流Heun微分方程。根据合流Heun微分方程及其解析解的特性,通过寻找同一本征态的线性相关的两个本征函数构造朗斯基行列式,来确定本征值必须满足的方程。运用Maple软件编程求解朗斯基行列式给出精确的本征值,根据相关参数和本征值进行运算,给出精确的正交归一化的本征函数,绘出在各种量子态下的角分布。最后通过数值计算和作图方法验证它们为角向Teukolsky方程的精确解。本研究成果不仅能够丰富和发展黑洞物理的研究,还可以拓展到电磁场散射理论、原子与分子物理等实际问题中,也可为检验有关实验结果提供理论依据。

2

Fe-Ga合金高磁致伸缩性能的研究

国家自然科学基金

面上项目

51971193

2020.1-2023.12

施一生

60

Fe-Ga二元合金一种具有较高的磁致伸缩系数低饱和磁化场的磁致伸缩材料。本项目运用第一性原理(VASP)软件包,在平面波赝势方法和广义梯度近似的基础上,运用合作方开发的程序Torque methodFe-GaFe-Al以及相关的多元合金的磁致伸缩性能做系统的研究。首先,研究较低Ga浓度(~12%)情况下纳米团簇和微结构对Fe-Ga合金磁致伸缩性能的影响,并与实验值比较寻找其机理,有望对实验有所帮助;其次,对含Ga高浓度区多种局部结构,运用基于第一原理的分子动力学方法,在不同Ga浓度下模拟晶体的退火过程,理论上得到的四方剪切模量和磁致伸缩值与实验值比较。Fe-Ga合金在含Ga高浓度区有着多相共存的现象,有望能够建立Fe-Ga合金其磁致伸缩随Ga成份变化的微观机制,并引入其它过渡金属和非金属元素,结合人工智能方案,寻找如何进一步提高其磁致伸缩性能,对实验工作提供理论指导。

3

面向下一代LCD显示技术应用的氮化物多量子阱结构绿光mini-size LED性能研究

国家自然科学基金

青年项目

61904158

2020.1-2022.12

赵勇兵

25

作为LED背光技术的改良版本,采用mini-LED背光设计的液晶电视面板,可以实现高对比度和高动态范围。本项目将以提升绿光mini-size LED的发光效率为目标,开展引领未来的绿光LED材料、器件等关键技术的研究。

4

可实现波长精准调谐的半导体激光器谐振模式及注入锁定研究

国家自然科学基金

青年项目

61904157

2020.1-2022.12

郭仁甲

26

随着互联网的发展,数据通讯的需求量大幅增长,光互联被认为是可行的解决方案。本项目提出基于重构等效啁啾的串联式激光器,并为了功率均衡输出,在光波导输出端集成半导体光放大器调节激光器的输出功率。建立仿真模型,从理论和实验两方面展开研究。改变取样周期,就可以改变取样光栅的布拉格波长。该激光器为波分复用光子芯片提供大批量低成本的光源。

2018

5

P型掺杂AIGaN纳米线的第一性原理研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11847166

2019.1-2019.12

赵勇兵

5

AlGaN是一种Ⅲ-V族直接带隙半导体材料,根据Al组分的不同其禁带宽度在3.4eV-6.2eV之间可调,具有良好的电学和光学性能,在光电子器件和高频电子器件中具有广泛的应用。本项目利用第一性原理方法对AlGaN纳米线进行深入研究,为实验制备提供理论参考。

6

取样布拉格光栅电控相移半导体激光器光频对载流子浓度和温度的响应机制研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11847161

2019.1-2019.12

郭仁甲

5

低成本可调谐激光器是下一代无源光网络的关键器件。本项目提出基于取样布拉格光栅的电控相移分布反馈半导体激光器,实现激光器光频的控制。采用传输矩阵法建立激光器模型。有望为优化半导体激光器结构、乃至增加光频调谐范围提供理论基础。

2017

7

有机钙钛矿材料的铁电性及铁电极化对光伏调控研究

国家自然科学基金

青年项目

11704326

2018.1-2020.12

朱海霞

22

有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的性质,比如合适的带隙,高的光吸收系数,较长的载流子扩散长度,在光伏材料领域获得了广泛的关注.为了研究铁电体/钙钛矿异质结界面处铁电极化对载流子输运的影响,我们构建了PVDF/MAPbI_3BaTiO_3/FAPbI_3异质结构,采用密度泛函理论来研究不同界面中的铁电极化对载流子输运性质的影响,发现了铁电体(PVDF,BaTiO_3)引入的极化能够导致异质结构中的能带偏移,因此铁电极化可用来调控钙钛矿材料内部载流子的传输方向.具体研究内容如下:构建了有机铁电体PVDF/MAPb I_3界面结构,通过键长,电子局域函数和Bader电荷分析界面处原子间的相互作用,结果表明PVDFMAPb I_3的四种界面结构的形成主要是通过范德华相互作用;差分电荷密度表明铁电极化能够有效的调控MAPbI_3界面处电子的传输方向,F原子层作为接触层的PVDF引入的铁电极化(P_(down))能促进电荷从MAPbI_3流入PVDF,H原子层作为接触层的PVDF(P_(up))引入的铁电极化能促进电荷从PVDF流入MAPb I_3;通过分析电子态密度在实空间的投影,发现了异质结中铁电极化带来的能带倾斜,在铁电极化为P_(down)的界面结构中电子从钙钛矿材料的导带流入PVDF的导带,促进了光生电子-空穴对的分离。

8

过渡金属掺杂ZnS量子点电子结构的第一性原理研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11747001

2018.1-2018.12

陈小波

5

研究内容:1. 建立含有不同过渡金属杂质的ZnS晶体的超胞结构,计算优化ZnS中不同过渡金属掺杂情况下的晶体结构,分析掺杂原子的稳定性及掺杂ZnS体系的晶体结构和电子结构性质。2. 建立不同浓度过渡金属掺杂ZnS量子点理论模型,获得掺杂对体系的能带结构和光学性质产生影响的微观机理。3. 不同过渡金属掺杂ZnS纳米颗粒的光催化分解水实验研究。

研究进展:利用第一性原理研究了Cu, Ag掺杂的ZnS体系的电学和光学性质。通过系统研究ZnSCu, Ag掺杂的ZnS体系的电子结构、光学性质,探明了掺杂改性机理和协同作用机制以及掺杂对ZnS可见光光催化性能的调控机制。从实验方面证实了Cu, Ag掺杂的ZnS体系在可见光光催化制氢的可行性。制备了Cu, Ag掺杂的ZnS纳米颗粒,并在pH3的含0.1M Na2S的水溶液中进行析氢实验,发现Cu, Ag掺杂ZnS呈现出明显的可见光吸收增强。Ag掺杂的ZnS纳米颗粒的产氢速率高达794.6 μmol h-1 g-1。此外,在本项目经费的支持下开展了硫属化合物电极材料的实验研究。在本项目的支持下,共发表SCI论文5篇。

9

无线地下传感网中基于LDPC码的磁感应通信信号传输研究

国家自然科学基金

面上项目

61771417

2018.1-2021.12

徐华

62

基于磁感应通信的无线地下传感网在矿井监测、土壤监测等传统通信受限场合有重要应用潜力,现有磁感应通信误比特率高、传播距离短,而采用优化设计LDPC码可有效改善通信性能。本课题深入分析地下环境中各种因素对信号传输性能的影响,综合考虑目标误码率、编码码率与能耗等因素,围绕低能耗、高可靠性和高频谱利用率,以LDPC码优化设计为核心,分别从直接磁感应信号传输、磁感应波导信号传输、采样信号的压缩及信号传输全局分析模型四个方面开展研究。结合地下环境信道特点,分别在直接磁感应通信、磁感应波导通信方式下,探讨LDPC码的最小距离、码重分布等参数对信号传输性能的影响机制,研究LDPC码优化设计策略;探讨基于LDPC码设计方法的压缩感知信号采样,降低节点能耗,减小传输数据量;构建传感网的图模型,研究基于图信号处理的信号传输全局分析模型。本课题将为无线地下传感网建立低能耗、高可靠性磁感应通信系统打下良好基础。

2016

10

半导体量子点-金属纳米粒子复合系统中非线性光学特性研究

国家自然科学基金

青年项目

11604289

2017.1-2019.12

张志海

22

低维纳米材料具有显著的非线性光学特性,其在相干光源、光频转换、激光防护和全光通信等方面有着重要的应用价值。本项目对不同形状低维半导体材料非线性光学性质进行了深入探究,构建了不同形状半导体量子阱和量子点系统的全量子理论模型,通过有限差分数值分析了半导体量子阱、量子点结构参数、环境媒质,以及外加电场、磁场、温度、压力对系统非线性光学性质的影响,以及有效调控的物理机制。同时,构建耦合半导体量子阱系统理论模型,应用密度矩阵和迭代的方法推导出耦合量子阱的非线性光吸收、光折射、光整流、二次谐波和三次谐波表达式,同时应用有限差分数值方法获得耦合系统的能级和波函数。以及通过外加电场、磁场、温度、压力等外场实现对耦合系统非线性光学性质的有效调控。为基于半导体量子阱、量子点非线性光学器件的研发提供理论指导,同时对理解低维纳米材料非线性光学的物理机制有着重要的学术意义。

11

ZnO超长纳米带电子结构的第一性原理研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11647073

2017.1-2017.12

胡小艳

5

ZnO基半导体在蓝光和紫外光发射、高密度存储、气敏传感器、表面声波器件、太阳能电池、显示器件、压电器件、高温微电子器件、光电子器件等方面显示出广阔的应用前景,使其成为继GaN之后光电研究领域又一热门的研究课题。目前,尽管对ZnO电子结构、光学性质、表面和界面等方面进行了大量的理论和实验研究,但确切的电学性能、光学性能等仍存在着分歧。本文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对ZnO电子结构、掺杂改性、光学性质、体弹性模量以及应力下ZnO电子结构等性质进行了研究,所用软件为MaterialsStudio3.2中的CASTEP软件。

2015

12

面向地下管网安全监测的磁感应传感网关键技术研究

国家自然科学基金

青年项目

51504214

2016.1-2018.12

施文娟

20

石油管道传输作为一种重要而经济的运输方式被世界各国广泛应用,但石油管道泄漏事故严重影响正常的生产,甚至造成环境污染,给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁。本课题针对地下石油管网安全监测的要求,克服路径损耗严重、信道动态变化和电源条件受限等问题,对地下石油管网磁感应传输特性及其信道进行研究,建立地下石油管网磁感应信道理论模型,分析双天线阵列、四线圈阵列、3D线圈模型,给出有效的链路连通保持算法,研究多传感器协调策略,提出有效解决地下石油管网安全监测磁感应通信与组网关键技术问题的方法,研制地下石油管网无线磁感应传感网网络通信平台,建立地下石油管网安全监测信息传输试验环境,为地下环境安全监测网络系统的研究提供理论依据和技术支撑。

磁感应传感网络在体系上结合无线网络(WiFi)和磁感应无线传感器网络,共同构成复合介质信息感知控制系统,实现复合介质中各种监测信息的一体化传输。该网络将工业WiFi技术、磁感应通信技术融为一体,实现地面上下的互通互联、资源共享和协同工作。磁感应传感网络由物理层、MAC层、网络传输层、应用层组成,物理层解决复合介质物理环境中终端设备间数据传输的问题,主要研究开发低成本的复合介质通信调制解调器,设计低复杂度、能快速收敛的次优滤波器;采取适当的措施来克服信道估计的稳定性问题等。MAC层解决将物理层所获数据可靠地传输到相邻节点网络层的问题,关键技术包括多址技术、差错控制技术、数据流最优化技术等。网络传输层解决感知层所获数据的传输问题,关键技术包括低速率组网关键技术、磁感应通信拓扑路由协议、容错组网技术等。应用层解决信息识别处理和人机交互的问题。

研究的重点主要集中在物理层、数据链路层和网络层,同时可以考虑采用跨层设计和自适应参数设置来克服各层独立设计和固定参数设置无法避免的问题,从而实现网络整体性能的最优化。

13

冷极性分子静电操控的理论和实验研究

国家自然科学基金

青年项目

11504318

2016.1-2018.12

李胜强

24

冷极性分子可以用于研究高分辨光谱、精密测量、冷碰撞和冷化学、量子计算等。因此“冷分子及其操控”有着非常重要的研究意义和应用价值。

本项目所研究内容主要是借助电场来实现对冷极性分子的操控。具体如下:(1)三维静电阱:我们利用各种不同结构的电极将冷极性分子囚禁在三维空间中,还可以在芯片表面构造各种微电极结构将分子束缚于芯片表面。(2)分束器:构建电极实现在空间或者芯片表面实现冷极性分子的分束,且分束比可灵活调节。构建了一个静电环形分束器,冷极性分子可以在阱中被反复分束、合束。(3利用在芯片表面构建多样电极结构,实现对冷极性分子的速度滤波、纵向聚束和储存。(4利用179级静电Stark减速器实现对氨分子的减速

14

CuAlO2薄膜光电性能调控及氮掺杂效率研究

国家自然科学基金

青年项目

61504118

2016.1-2018.12

刘卫卫

19

CuAlO2作为宽带隙半导体材料其激子束缚能高达47 meV,在蓝光发射器件领域有着广泛的应用前景,但因其p型薄膜空穴浓度低、电阻率高,严重制约其在蓝光发射器件方面的应用。本项目将利用氮(N)作为受主掺杂元素制备高空穴浓度、低电阻率的pCuAlO2薄膜。在N掺杂过程中由于N受主形成能为正,因此掺杂过程需在非平衡态下进行;同时,要激活N受主需对薄膜进行后热处理。由于目前采用的热处理过程是在平衡态下进行,这将面临N从薄膜中逃逸的问题,降低了N的有效掺杂效率。针对这一问题,本研究将采用高的气氛压强对原位生长的薄膜进行后热处理来抑制N的逃逸同时激活N受主,提高N的有效掺杂效率。研究后热处理气氛压强对NCuAlO2中的掺杂形态的影响规律和机制以及对薄膜光电性能的影响规律和机制,以此获得高空穴浓度、低电阻率的pCuAlO2薄膜。通过该研究将为实现CuAlO2基蓝光发光二极管打下坚实基础。

15

F掺杂ZnO纳米柱电子结构的第一性原理研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11547263

2016.1-2016.12

汪恒

5

与计算机技术相结合的计算材料和材料设计是现代材料科学研究的重要方面,应用基于密度泛函理论的第一性原理方法和分子动力学等计算材料科学方法对纤锌矿ZnO中的几个基本问题进行了理论研究,包括以下五个方面:ZnO及其在压力作用下的电子结构和光学性质、ZnOn型和p型掺杂机理、M_xZn_(1-x)O(M=Cd,Ca)合金机理、非磁性金属掺杂ZnODMSs的磁性来源和机理、H吸附ZnO(10-10)表面的金属化转变等。 研究了本征ZnO的电子结构和光学性质。利用GGA近似计算了ZnO的能带,ZnO为直接禁带半导体材料,其带隙为1.02eV。计算了ZnO的介电函数、吸收系数等光学常数,并结合ZnO电子结构信息和半导体带间跃迁理论对上述光谱进行了指认和判别。进一步研究了压力作用下ZnO的电子结构和光学性质,分析了压力作用下蓝移现象的机理。所得理论结果和实验相符。研究了ZnOn型、p型掺杂改性机理。计算了ZnO中单掺AgN等受主元素,单掺AlGa等施主元素以及N_o-H共掺的电子结构,并结合分子动力学方法研究了HZnO中的行为。

2014

16

ZnS基稀磁半导体材料结构和物性研究

国家自然科学基金

青年项目

11404279

2015.1-2017.12

陈红霞

25

近年来,由于稀磁半导体纳米材料能够同时利用电子的电荷和自旋特性,在自旋场效应晶体管、逻辑器件、自旋极化发光二极管、磁感应器、光隔离器、半导体激光器集成电路和量子计算机等领域有着广阔的应用前景。ZnS作为一种典型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.66 eV,自由激子结合能为3.8 meV,具有良好的铁磁、压电、光电和光敏等特性。通过控制制备工艺、改变掺杂元素种类以及掺杂量可以有效调整ZnS的晶体结构和能带结构,进而达到有效控制ZnS的光学、磁学和光催化性能。采用水热法成功制备出一维ZnS纳米棒样品,并系统研究了过渡金属MnNi离子掺杂对样品的微观结构、形貌、光吸收特性、磁学性能及光催化活性的影响。主要研究内容及成果如下:本论文首先通过系统地改变水热反应的工艺参数(反应物质的摩尔比、反应溶剂体积比、反应温度和反应时间)获得最优化工作参数组合,实现对产物的晶型、晶粒尺寸和形貌的有效控制。利用XRDFESEMUV-vis等手段对所制备样品的微观结构、形貌和带隙结构等进行了表征,分析不同的工艺参数对其形貌和结构的影响。

17

Gross-Pitaevskii方程精确解及孤子动力学性质研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11447193

2015.1-2015.12

张志海

5

Gross-Pitaevskii方程精确解是人们研究量子多体系统问题以及利用数值方法近似求解许多复杂实际问题的基础。首先,应用雅克比椭圆函数的特殊性质去耦一维spin-1非线性GPEs中非线性耦合项,并应用差分的方法对解析解的稳定性进行分析,得到于实验更有意义的稳定的精确解或可以较长时间稳定演化的精确解。并由雅克比椭圆函数组合而成周期性的非孤子形式的复对数破缺解,通过对其取极限,则可以将其转化为周期排列的孤子。其次,利用哈密度量的自旋对称性,我们还可以进一步得到精确的时间演化解。并通过精确解析解对旋量BEC的内部性质及磁性质进行研究。

2013









2012

18

基于函数分析方法的环形势场的精确解

国家自然科学基金

面上项目

11275165

2013.1-2016.12

陈昌远

68

将环形振子势的Schrdinger方程在球坐标系中进行变量分离.然后求解了角向方程和径向方程,给出了精确的能谱方程.获得了用普遍的缔合Legendre多项式表示的归一化的角向波函数和用合流超几何函数表示的归一化的径向波函数.

19

ZnS纳米体系的掺杂磁性质研究

国家自然科学基金

理论物理专项

11247235

2013.1-2013.12

陈红霞

5

运用第一性原理方法研究了C掺杂ZnS纳米线的电子性质和磁性质. 研究发现C原子趋于替代纳米线表面的S原子. 所有掺杂纳米线显示了半导体特性. 纳米线的总磁矩主要来源于C原子2p轨道的贡献. 由于杂化,相邻的Zn原子和S原子也产生了少量自旋. 在超原胞内,CZnS原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合. 铁磁态和反铁磁态的能量差达到了121meV,表明C掺杂ZnS纳米线可能存在室温铁磁性,这在自旋电子学领域有很大应用前景.

2011

20

同步辐射技术在穴位三维微结构与微量元素分布研究中的应用

国家自然科学基金

面上项目

11175152

2012.1-2015.12

刘成林

56

探讨微量元素分布与穴位分布的相关性。方法:对穴位区和非穴位区微量元素分布进行同步辐射X射线荧光分析,再将微量元素分布与中医理论中的穴位分布进行比较。结果:在实验样品中微量元素的种类基本相同,但关元穴位区和非穴位区的微量元素相对含量有明显的差别;在穴位区中CaFeZn元素的相对含量增加,且Ca在穴位区的聚集比较明显;各种元素在穴位区的分布均匀性不如非穴位区,以Fe元素的分布均匀性变化为最大;此外在一些区域元素趋于集中,其分布与中医理论中的穴位分布有一定的相似性。结论:微量元素富集的范围对应于生物体中一些特殊的区域,即穴位区。

21

近贵金属单晶衬底上过渡金属薄膜磁性受吸附气体影响的计算研究

国家自然科学基金

面上项目

11174243

2012.1-2015.12

施一生

43

应用基于密度泛函理论的第一性原理计算了Co,Rh,Ir3种贵金属的3个低密勒指数表面(100),(110)(111)的表面能及功函数.Co,Rh,Ir3个不同表面的计算结果进行了对比与分析,计算值和实验值符合得较好.对于Ir(100)表面,以表面能和功函数作为Slab层数的函数研究了它们的收敛性,计算结果表明表面能收敛于0.01 J/m^2,功函数收敛于0.04 eV.



 
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