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[纳米科学与技术] 硅烯（预测、合成与应用）|| 基于第一性原理的硅烯及相关材料光学性质研究
摘要： 由硅、硅烯或其他第IV族元素（如锗烯和锡烯）制成的略呈弯曲的类石墨烯蜂窝状晶体，属于原子级薄膜即二维（2D）体系。其光学特性的理论描述存在三个难点：（一）厚度远小于光波长；（二）通常采用层间距足够大的超晶格模型进行模拟；（三）多体效应的纳入问题。本文探讨了这些问题的解决方案：（一）单个蜂窝状晶体的光学响应通过二维光学电导率或介电函数张量描述，这些参数与对应超晶格的光学响应相关联；（二）阐述了此类单层晶体对层状系统透射率、反射率和吸收率的影响；（三）证明激子效应与准粒子效应会广泛相互抵消。重点研究了硅烯单层：由于线性能带和狄拉克锥结构，低频吸收率由索末菲精细结构常数决定；在更高光子能量处识别出带间结构临界点表征的范霍夫奇点；推导出沿碳→硅→锗→锡主族的清晰化学趋势；针对双层硅烯和石墨烯研究了多层结构的影响。
关键词： 硅烯、光学性质、多体效应、二维材料、第一性原理、范霍夫奇点、锡烯、狄拉克锥、锗烯
更新于2025-09-23 15:21:21
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通过单壁碳纳米管单手性和混合手性的光电子能谱测量范霍夫奇点的展宽
摘要： 单壁碳纳米管（SWCNTs）的占据价带电子态决定了其光电特性，且每种手性SWCNT的价带电子态都具有独特性。光电子能谱（PES）是少数能直接测量材料价带电子密度的手段之一，但此前仅有少量研究观测到SWCNT的价带状态，且从未针对单一手性SWCNT开展过相关研究。本研究制备了单一手性与混合手性SWCNT薄膜，并采用PES对其价带状态进行表征。我们从混合手性原料出发，通过凝胶渗透色谱法和单链DNA辅助水两相萃取法分离获得纯手性SWCNTs，利用紫外-可见-近红外吸收光谱验证了手性分离效果与纯度。研究对象包括单一手性SWCNTs（(10,3)、(7,6)、(7,3)、(6,5)、(8,3)、(9,1)）、金属性与半导体性SWCNTs混合薄膜，以及具有不同直径分布的合成原样混合物。所有样品均采用同步辐射光源完成PES测试，通过宽谱扫描和C 1s芯能级谱确认SWCNT覆盖度、缺陷能级及纯度。价带PES测试显示其电子态信号存在显著展宽（较理论态密度计算结果更明显，且无法用仪器分辨率解释），并观察到展宽程度与管径呈反比关系——小直径SWCNTs的展宽更为显著。我们推测该现象与光空穴寿命相关，发现大直径SWCNTs的光空穴寿命明显更长。基于Tomonaga-Luttinger理论和费米液体Landau理论，本文探讨了展宽效应与光空穴寿命的管径依赖性。
关键词： 手性、价带电子态、单壁碳纳米管、范霍夫奇点、光电子能谱
更新于2025-09-16 10:30:52