介电超晶格中电磁波和声波的耦合物理效应
物理学家祝世宁
祝世宁简介：祝世宁，男，功能材料学家，南京大学教授。
1949年12月生于江苏省南京市，籍贯江苏镇江。
1981年毕业于淮阴师范学院，1988年在南京大学获硕士学位，1996年在南京大学获博士学位。
2007年当选为中国科学院院士，现任南京大学物理系主任。
长期从事微结构功能材料研究。
在铁电畴工程方面，发现了铌酸锂型铁电体电畴反转动力学规律，发展了图案极化技术，研制出不同功能的介电体超晶格材料。
在微结构晶体功能研究方面，发展了非共线准相位匹配技术，并应用于光的非线性弹性散射、增强拉曼散射、非线性切仑科夫辐射和纠缠光研究等。
在全固态激光器研究方面，将超晶格材料与全固态激光技术结合，研制了光学超晶格多波长激光器和可调谐激光器等。
成长历程：1968年，祝世宁从南京市十中（今金陵中学）高中毕业，收起了从小就爱做的科学梦，响应号召，到盱眙县明祖陵管镇公社花园大队做了知青。
当时交通不便，现在两三个小时的车程，祝世宁从南京经淮阴、泗洪、双沟再到管镇，走了整整六天。
“那个时候，真的做好了扎根农村干革命的思想准备。
”在祝世宁下乡的行李里，他特意装上伯伯送的两本大学生物课本和自己买的农业生产用书，想学点生物学知识为当地农村做点事。
跟当地的农民一样，祝世宁上河堤、扒河工、插秧、收庄稼，后来因为生产队需要，还当过生产队会计，做过知青点的团支部书记。
两年的插队生活，让祝世宁知道了真正的农村是什么样的，知道了农民是在什么样的条件下生活的，与农民同吃、同住、同劳动的生活锻炼了他的体魄，磨练了他的意志。
除了每天正常上工外，他在生产队的支持下种过试验田，尝试培育玉米、水稻新品种。
“从农村到工厂再回到学校，我赶上的都是第一班车，真是很幸运。
”回忆过往的岁月，祝世宁的话语中透着平和。
1970年，一个突然的招工机会让祝世宁到沭阳马厂柴油机厂当了一名普通工人。
在那里，他做过翻砂工，抬过铁水包，也干过机械维修，换了很多工作，边干边学，爱琢磨的祝世宁还将中学物理知识及自学的机械制图、电工学等各种知识运用到工业生产中，常搞点小发明、小革新，成为厂子里人人都知道的“小才子”。
实验4 巨磁电阻效应及其应用实验-软件学院-1102
实验4 巨磁电阻效应及其应用
人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态，后来发现很多的过渡金属 和稀土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，相关理论指出这些状态源于铁磁性原 子磁矩之间的直接交换作用和间接交换作用.直接交换作用的特征长度为0.1-0.3nm， 间接交换 作用可以长达1nm以上.1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度，所以，科学家 们开始了探索人工微结构中的磁性交换作用. 1986年德国物理学家彼得· 格伦贝格尔( Peter Grunberg )采用分子束外延(MBE)方法制备 了铁-铬-铁三层单晶结构薄膜.发现对于非铁磁层铬的某个特定厚度，没有外磁场时，两边铁 磁层磁矩是反平行的，这个新现象成为巨磁电阻( Giant magneto resistance，简称GMR)效应出 现的前提.进一步研究发现两个磁矩反平行时对应高电阻状态，平行时对应低电阻状态，两个 电阻的差别高达10%. 1988年法国物理学家阿尔贝· 费尔(Albert Fert)的研究小组将铁、 铬薄膜交替制成几十个周 期的铁-铬超晶格薄膜，发现当改变磁场强度时，超晶格薄膜的电阻下降近一半，磁电阻比率 达到50%.这个前所未有的电阻巨大变化现象被称为巨磁电阻效应. GMR效应的发现，导致了新的自旋电子学的创立.GMR效应的应用使计算机硬盘的容量 提高几百倍，从几百Mbit，提高到几百Gbit甚至上千Gbit. 阿尔贝· 费尔和彼得· 格伦贝格尔因 此获得2007年诺贝尔物理学奖. 【实验目的】 1. 了解多层膜GMR效应的原理. 2. 掌握GMR的磁阻特性. 3. 了解 GMR 传感器的结构、特点，掌握 GMR 传感器的使用方法.
中国科技大学研究人员成功揭示巨磁—电效应机制
中国科技大学研究人员成功揭示巨磁—电效应机制[中央政府门户网站2007年11月01日新华社]新华社合肥１１月１日电（记者周立民）记者从中国科技大学获悉，该校研究人员成功揭示复铁性材料铽锰氧中的巨磁—电效应机制，从而为寻找新型多功能磁电材料提供指导。
国际权威专业物理期刊《物理评论快报》１０月２６日发布了这项研究成果，评价称“此项研究会对几乎所有的物理学领域产生影响，并将成为今后复铁性材料研究的一个基础”。
这项重大科研项目是由中科大量子信息重点实验室何力新教授领导的研究小组完成的。
据介绍，磁和电是自然界中两种最基本的物理现象，也是材料的两种基本属性。
学术界将这些磁、电有序同时共存的材料称之为复铁性材料。
这种材料的电学性质在外磁场下发生剧烈变化的巨磁电效应，由于耦合了材料的多种功能属性，为计算机信息存储的高密度化、器件小型化和功能的多样化开辟了一条新的道路，同时可望在量子调控领域发挥重要作用。
复铁性材料铽锰氧化合物是学术界广泛关注的一种典型的复铁性材料。
此前，科学家一直试图揭示出此类材料中的磁、电共存和磁、电作用的机理。
何力新教授等从基本的量子力学出发，通过计算机模拟的手段全面研究了铽锰氧化合物的晶体结构和电、磁学性质，揭示出了这种材料中磁、电共存和巨磁电效应的奥秘。
研究表明，这种材料中存在非常复杂的磁有序态，而且彼此之间相互竞争，使得最终稳定的磁结构不具有空间反演对称性。
对称破缺的磁结构进一步与晶格耦合，破化了晶格的空间反演对称性，从而导致了巨磁电效应。
此项研究澄清了此前有争议的该物质的晶体结构，与国际同行的实验结果完全吻合。
研究还表明，实验中测得的这种材料的性质可以进一步改善，从而有着良好应用前景。
美国《物理评论快报》认为，这项成果“第一个成功地对复铁性材料的定量理论研究。
”。
超晶格半导体材料的光磁电效应(Ⅰ)
超晶格半导体材料的光磁电效应(Ⅰ)
罗诗裕;邵明珠
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2005(26)9
【摘要】从Shockleyread统计出发,引入载流子寿命与浓度的相关性,描述了超晶格半导体载流子的输运特征,将载流子的输运方程化为二阶非线性方程,并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下,计算了半导体材料的短路电流和光导电流,进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.
【总页数】5页(P1744-1748)
【关键词】超晶格;半导体;光磁电效应;非线性
【作者】罗诗裕;邵明珠
【作者单位】东莞理工学院
【正文语种】中文
【中图分类】O472
【相关文献】
1.高组分稀磁半导体Cd1-xMnxTe/CdTe超晶格的光调制反射谱研究 [J],
2.半导体超晶格系统中的磁电调控电子自旋输运研究 [J], 王如志;袁瑞玚;宋雪梅;魏金生;严辉
3.半导体超晶格与微结构的发展模式浅析：纪念半导体超晶格与微结构？… [J], 彭英才;傅广生
4.稀磁半导体超晶格中的隧道磁电阻 [J], 马军
5.Ni/BiFeO3超晶格磁电效应的第一性原理计算 [J], 王凯;姜伟
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超晶格第四章半导体超晶格
�光电子谱有一定的线宽�约0.8eV��而且有一定 的无规噪声背景�因此从实验测得的光电子谱很难精 确确定价带顶的位置。
1�量子阱光跃迁光谱�把异质结生长成在两个宽带 材料之间夹一个极薄的窄带区。导带和价带的能带带 阶在窄带区分别形成电子和空穴的势阱。当窄带材料 的厚度足够薄时�势阱中的载流子在垂直于异质结结 面方向上的运动将会受到限制�该方向的运动能量将 会量子化。
量子阱中的电子产生光跃迁时� 在吸收光谱或荧光光谱上将会出 现一系列反映能级量子化的峰。
异质结界面性质直接影响eanderson定则中用电子亲和势差来确定误差较大22江崎等在提出超晶格概念的同时假定两种不同材料的势在界面附近是突变的势的变化范围在一两个原子层的尺度范围内
第四章 半导体超晶格
§1 引言 §2 异质结 §3 超晶格量子阱中的新现象 §4 超晶格电子态理论 §5 超晶格晶格振动 §6 超晶格量子阱的光学性质 §7 超晶格量子阱的垂直输运性质 §8 超晶格量子阱应用例举 §9 量子Hall效应 *§10 低维超晶格和微结构
�测量得到的带阶与异质结两层的生长顺序有关。
3�电学方法�C-V法�
当有外加电压Va存在时�势垒的宽度和高度的关系为�
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《球形核壳量子点中的电—声子相互作用及三元混晶效应》范文
《球形核壳量子点中的电—声子相互作用及三元混晶效应》篇一球形核壳量子点中的电-声子相互作用及三元混晶效应一、引言随着纳米科技的飞速发展，球形核壳量子点作为一种新型的纳米材料，因其独特的物理和化学性质，在光电器件、生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。
球形核壳量子点由核和壳层组成，其内部结构和能级排列特性使它具备诸多奇特的物理性质。
电-声子相互作用和三元混晶效应作为量子点内两种重要的物理过程，不仅在理论研究中备受关注，在实用化进程中也有着重要的应用价值。
本文将重点探讨球形核壳量子点中的电-声子相互作用及三元混晶效应。
二、球形核壳量子点概述球形核壳量子点是一种由两种或更多不同材料组成的纳米结构，其核心（核）被一层或多层不同材料（壳）所包围。
由于量子限域效应和界面效应，球形核壳量子点具有独特的电子结构和光学性质。
其独特的结构使得电-声子相互作用和三元混晶效应得以发生，并产生一系列有趣的物理现象。
三、电-声子相互作用电-声子相互作用是量子点中电子与声子之间的一种相互作用。
在球形核壳量子点中，由于核与壳层材料之间的电子结构和能级差异，使得电子在运动过程中与声子发生相互作用。
这种相互作用会影响电子的传输、散射等行为，从而影响量子点的光学、电学等性质。
在球形核壳量子点中，电-声子相互作用的研究对于理解其电子结构和光学性质具有重要意义。
通过研究电-声子耦合强度、耦合方式等，可以揭示量子点的能级结构、电子态密度等基本物理性质。
此外，电-声子相互作用还与量子点的能量传输、光电转换等应用密切相关。
四、三元混晶效应三元混晶效应是指三种不同材料组成的晶体中，由于材料之间的相互作用而产生的特殊效应。
在球形核壳量子点中，三元混晶效应主要表现在核与壳层材料之间的界面处。
由于三种材料的能级、电子结构等性质的差异，使得界面处产生能量转移、电荷转移等过程，从而影响量子点的光学、电学性质。
三元混晶效应在球形核壳量子点中具有重要的应用价值。
电介质物理导论第一章1
五、电介质物理的发展与展望
独立学科：
电子信息功能材料：低频、高频、微波、毫米波
新型电子器件： 铁电存储器、MEMS、阵列电容器、EMI 、SMD、 LTCC
与其他学科交叉发展：晶体学、高分子材料学、电磁场与微波技术。。。。
应用：1。晶体电介质应用于光电子学器件
2。陶瓷体内晶粒间的晶界效应 晶界层电容器 超大容量
第一章 恒定电场中电介质的极化
重点研究电介质在恒定电场作用下，所发生 的电极化过程。
主要研究方法： 给出必要的静电学基本定律和公式; 从宏观和微观两种角度，分析与讨论电介质
极化的共同规律; 结合具体物质结构类型，分别讨论各种形式
极化的机理并导出各自所遵循的规律。
重点在于了解宏观极化特性与微观 物质结构及组成之间的联系以揭示相应 物理现象的本质。
dissipation factor ; 介电强度Eb ：breakdown field strength
三、电介质的分类
1。组成特性：无机电介质：云母、玻璃、陶瓷
有机电介质：矿物油、纸、有机高分子聚合物
2。聚集态：气体介质：空气
液体介质：电容器油
固体介质：陶瓷、纸
3。组成物质原子排列的有序化程度：晶体：石英
直（不平行）的表面上出现束缚电荷——不能离开电介质，束缚电荷也要产生自
己的电场，称为附加电场E’
E=E。+E’<E。
束缚电荷
-
+
- + - + - + -+
- + -+ - + - +
-+
-+
-+ -+
+ -+ -
巨磁电阻效应及其应用(2)
实验十七巨磁电阻效应及其应用2007年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻（Rianr magneto resistance,简称GMR）效应的发现者，法国Paris-Sud大学的物理学家阿贝尔·费尔（Albert Fert）和德国尤里希研究中心物理学家彼得·格伦贝格尔（Peter Grunberg）。
他们于1988年独立作出的发现巨磁阻效应。
诺贝尔奖委员会说明：“这是一次好奇心导致的发现，但其随后的应用却是革命性的，因为它计算机硬盘的容量从几百兆，几千兆，一跃而提高几百倍，达到几百G乃至上千G。
”凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，他们之间的互相作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。
人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。
量子力学出现后，德国科学家海森伯（W.Heisenberg，1932年诺贝尔奖得主）明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。
后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁有序状态，即在有序排列的磁材料中，相邻原子因受负的交换作用，自旋为反平行排列，如图１７－1所示。
图１７－1 反铁磁有序磁矩虽处于有序状态，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。
这种磁有序状态称为反铁磁性。
法国科学家奈尔(L. E. F. Neel)因为系统地研究反铁磁性而获1970年诺贝尔奖。
在解释反铁磁性时认为，化合物中的氧离子（或其他非金属离子）作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。
另外，在稀土金属中也出现了磁有序，其中原子的固有磁矩来自4f电子壳层。
相邻稀土原子的距离远大于4f电子壳层直径，所以稀土金属中的传导电子担当了中介，将相邻的稀土原子磁矩耦合起来，这就是RKKY型间接交换作用。
直接交换作用的特征长度为0.1—0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。
1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度。
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介电超晶格中电磁波和声波的耦合物理效应
介电体超晶格是一种人工微结构材料，近几十年来一直是研究热点。
结构调制赋予介电体超晶格多种独特的光学和声学效应，因此又被分为光学超晶格和声学超晶格。
本文主要研究介电体超晶格中的部分耦合物理效应，这些耦合效应主要指的压电体超晶格中电磁波与超晶格振动耦合诱导的超声激发和声子极化激元、压电压磁超晶格中的磁电耦合效应和声子极化激元间耦合形成耦合模、光学超晶格中独特电光效应导致的电磁波间的耦合。
另外，就超晶格的电光效应和超声激发的应用作了理论和实验研究。
本论文的主要结果如下： 1、在黄昆等人关于离子晶体中极化激元研究成果及课题组关于压电超晶格研究成果基础之上，我们提出一个理论模型，将离子晶体和压电超晶格统一起来，对声子极化激元在二者中的形成情况做了对比，我们发现了一维压电超晶格中声子极化激元的形成机制和条件。
压电体超晶格中的压电系数调制，内禀的压电效应和逆压电效应共同保证了电磁波与超晶格振动(超声波)的相互激发，因此因周期调制产生的体超声波总能与激发它的电磁波耦合形成声子极化激元，没有任何附加条件。
2、讨论了在一维压电压磁超晶格(PPSL)中磁场和电场以超晶格振动为纽带的耦合效应。
不同于已有文献中的分析，在此没有预先假定的磁电项，我们从材料固有的压电效应和压磁效应入手，自然地导出了磁电效应，并得到有效介质的本构方程。
然后利用本构方程，从理论上分析BaTiO3/CoFe2O4压电压磁超晶格中的共振磁电效应，得到了高达14.9 Vcm-1Oe-1的纵向磁电电压系数，并分析了得到如此巨大耦合系数的原因，以及影响耦合系数的各个因素，最后与他人的理论和实验结果进行了对比，结果是吻合的。
3、利用Maxewll方程和我们得到一维压电压磁超晶格的本构方程，研究了电磁波在BaTiO3/CoFe2O4超晶格中的传播。
在传播过程中，两垂直偏振的电磁波的平行电场和磁场分量可以和同一超晶格振动耦合，最终形成磁电耦合型声子极化激元，同时伴随着磁电效应。
我们发现对沿周期方向(Z方向)传播的电磁波，伴随的磁电耦合破坏了可能发生的负折射。
为了
便于理解并与已有的理论和实验基础(关于压电极化激元和压磁极化激元)相联系，可以将它理解为压电极化激元与压磁极化激元耦合(以同一振动为纽带)形成的声子极化激元耦合模。
色散分析表明耦合使得电磁波的传播特性发生了巨大的变化，特别是在谐振频率附近。
同样形成声子极化激元耦合模，波矢平行于周期排列方向的电磁波不能传播，而垂直周期方向却能传播，仅在谐振频率两边有不同的传播模式(色散关系)。
进一步的电磁场分析阐明传播模存在的原因：不同于纯压电或纯压磁超晶格，由超晶格振动联系的电磁场分量的耦合，使得电磁波与超晶格振动的强烈耦合并不总是意味着强烈的晶格振动。
4、在课题组陆延青教授的研究基础之上，我们对光学超晶格铌酸锂(OSL LN)独特的电光效应设计了电光折叠Solc窄带滤波器，并分别做了温度和电场调谐设计；同年，上海交大某课题组的实验验证了该滤波器的温度调谐。
与26所声光研究室展开合作研究，利用我们提供的声学超晶格铌酸锂(ASL LN)作为换能器，制备了300MHz和1GHz 的声光器件，并在实际使用的条件下进行了测试。
测试结果表明了ASL 换能器
的优点和不足：大带宽，工艺简单，低成本，但机电耦合系数与生产效率还需提高。
为了ASL技术进一步走向实用化，针对不足我们设计了新的ASL制备方案。
为得到大机电耦合系数，高产率更低成本的ASL，我们已用极化反转法制备了压电陶瓷超晶格，周期在10-50微米；为得到更高频率的ASL，我们用双靶磁控溅
射制备薄膜超晶格，目前我们得到了数十GHz的超声谐振，并具有近OdB的插入损耗，特别是压电压磁超晶格薄膜，具有磁电多频率响应，为制备磁电多功能多频率工作的声学器件提供了一条新的途径，比如说低插损的超声换能器。