Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Electromagnetics and Acoustics and Department of Physics, College of Physical Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361005, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 117583, Singapore
3 School of Physical Science and Technology and Jiangsu Key Laboratory of Thin Films, Soochow University, Suzhou 215006, China
Vortex waves with orbital angular momentum (OAM) are a highly active research topic in various fields. In this paper, we design and investigate cylindrical metagratings (CMs) with an even number of unit cells that can efficiently achieve vortex localization and specific OAM selective conversion. The multifunctional manipulation of vortex waves and the new OAM conservation law have further been confirmed through analytical calculations and numerical simulations. In addition, we qualitatively and quantitatively determine the OAM range for vortex localization and the OAM value of vortex selective conversion and also explore the stability for performance and potential applications of the designed structure. This work holds potential applications in particle manipulation and optical communication.
vortex waves cylindrical metagratings vortex localization high-efficiency transmission vortex selective conversion Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 033601
1 1.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
2 2.首都师范大学 超材料与器件北京市重点实验室, 北京 100048
3 3.中国电子科技集团公司 第四十六研究所, 天津 300220
太赫兹(Terahertz, THz)技术在工业无损检测、科学研究和**领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料, ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶, 本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术, 制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布, 研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律, 证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动, 改善溶质传质能力, 稳定溶液法晶体生长的固液界面, 不仅避免出现尾部混合相区, 也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数, 制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(ϕ60 mm)。同时, 得益于晶体良好的均匀性, 晶体对太赫兹的高响应区域超过90%, 边缘效应小, 满足太赫兹成像要求。研究表明，引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。
ZnTe 坩埚旋转加速技术 固液界面 太赫兹探测 ZnTe accelerated crucible rotation technique solid-liquid interface terahertz detection
1 西北工业大学, 凝固技术国家重点实验室, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
2 中科院福建物质结构研究所, 福州 350001
太赫兹技术的不断发展和在各个领域的进一步应用, 对碲化锌 (ZnTe)电光晶体提出越来越高的要求。采用 Te溶剂法生长碲化锌晶体, 可以有效降低晶体的生长温度, 但不可避免的会引入 Te夹杂相, 进而影响其结晶质量。本工作提出利用 Zn气氛等温退火和梯度退火 2种方法, 在不同退火温度下成功消除了 ZnTe晶体内部尺寸小于 10 μm的 Te夹杂相, 发现夹杂相去除效率与退火温度和梯度密切相关。经过 650℃, 100 h的梯度退火后, Te夹杂相去除效率可达 83%。Zn气氛退火后, 晶体内部出现 VTe-Tei复合缺陷, 表明退火中存在扩散导致的缺陷反应, 对晶体的结晶质量和光学性能产生影响。通过对退火前后晶体的 X射线摇摆曲线衍射峰的研究, 发现去除 Te夹杂后晶体结晶质量总体提高, 证明 Te夹杂相是左右 ZnTe晶体结晶质量的主要结构缺陷。
碲化锌 碲夹杂相 梯度退火 结晶质量 zinc telluride telluride inclusion gradient annealing crystal quality
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
有机-无机复合材料因其涉及范围更广, 材料设计的可选择性大, 同时可以兼具无机和有机材料的优点, 近年来受到国内外研究人员的高度关注。此次访谈中, 陶绪堂教授首先回顾了山东大学晶体材料研究所和晶体材料国家重点实验室在蒋民华院士带领下, 开展有机-无机复合非线性光学晶体材料(LAP)研究, 并获得国家发明一等奖的历程, 介绍了课题组目前在有机-无机复合晶体材料方面的研究进展, 结合自身科研历程, 重点分析了目前有机-无机复合材料发展的趋势和存在的主要问题, 展望了有机-无机复合晶体薄膜在能源领域的应用潜力。最后指出要想从诸多有机-无机复合晶体中产生新的“中国牌”晶体, 需要大家共同努力的方向。
有机-无机复合晶体 中国牌晶体 非线性光学晶体 LAP晶体 钙钛矿太阳能电池 薄膜 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1519
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
考虑一种工作在太赫兹波段且被广泛研究的表面带有周期性亚波长金属槽人工微结构的金属圆柱，通过在部分凹槽中引入损耗，研究材料损耗对金属微结构圆柱散射特性的影响和规律。研究发现：在某一频率处，无论损耗如何改变，整体金属微结构圆柱的吸收截面始终几乎为零。散射场分布和本征模式分析表明，这一损耗无关的异常散射是由于微结构存在一个由对称性破缺导致的无损耗束缚态，该束缚态的电场主要分布在没有损耗的凹槽中，而有损耗的凹槽内基本没有电场。本研究为基于带损耗金属微结构圆柱的高性能光子器件提供了一种新的方法。
物理光学 人工局域表面等离激元 材料损耗 散射截面 损耗无关的异常散射 光学学报
2022, 42(21): 2126003
西北工业大学材料学院, 凝固技术国家重点实验室, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs3Bi2I9单晶。室温下, 该晶体属于六方晶系, 空间群为P63/mmc, 密度为5.07 g/cm3, 晶胞参数为a=b=0.840 nm, c=2.107 nm, 熔点为632 ℃。采用粉末X射线衍射谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱、I-V测试等表征该晶体的性质。制备Au/Cs3Bi2I9/Au三明治型器件结构, 采用飞行时间技术测试Cs3Bi2I9晶体的载流子迁移率, 得到Cs3Bi2I9晶体的电子迁移率为4.33 cm2·V-1·s-1。根据Hecht单载流子方程拟合得到Cs3Bi2I9晶体的载流子迁移率寿命积(μτ)为8.21×10-5 cm2·V-1, 并且在500 V偏压下对α粒子的能量分辨率达到39%。
辐射探测 晶体生长 金属卤化物钙钛矿 布里奇曼法 Cs3Bi2I9 Cs3Bi2I9 radiation detection crystal growth metal halide perovskite Bridgman method
Author Affiliations
Abstract
1 College of Energy, Soochow University, Suzhou 215006, China
2 School of Physical Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China
3 College of Science, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
4 School of Science, North University of China, Taiyuan 030051, China
In this work, inspired by advances in twisted two-dimensional materials, we design and study a new type of optical bi-layer metasurface system, which is based on subwavelength metal slit arrays with phase-gradient modulation, referred to as metagratings (MGs). It is shown that due to the found reversed diffraction law, the interlayer interaction that can be simply adjusted by the gap size can produce a transition from optical beam splitting to high-efficiency asymmetric transmission of incident light from two opposite directions. Our results provide new physics and some advantages for designing subwavelength optical devices to realize efficient wavefront manipulation and one-way propagation.
asymmetric transmission high efficiency bi-layer metagratings abrupt phase control Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 042602
1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
2 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 陕西 西安 710072
热激电流谱测试技术(TSC)是宽禁带半导体深能级缺陷非常有效的测试方法, 能够精准获得缺陷类型, 深度(Ｅａ, ｉ), 浓度(Ｎｉ)以及俘获截面(σｉ)等重要物理信息。 研究了基于变升温速率的Arrhenius公式作图法和同步多峰分析法(SIMPA)对热激电流谱数据处理的差异及影响规律。 结果表明, Arrhenius公式作图法在陷阱能级深度确认方面较为准确, 但需要通过多次变升温速率提高其准确性, 实验操作周期较长, 并且无法分解热激电流谱峰重叠的情况。 相比之下, 同步多峰分析法能够通过单次温度扫描的数据处理得到Ｅａ, ｉ, Ｎｉ及σｉ等陷阱参数, 所需实验周期较短。 但β, Ｅａ, ｉ, σｉ和载流子迁移率寿命积(μt)等参数的选择对谱峰的位置, 幅值及峰宽影响较大。 初值的设定对拟合结果和数据吻合程度影响显著。 此外, 红外透过成像结果表明, 头部样品Te夹杂相的浓度较低且呈现明显的带状分布, 而尾部样品夹杂相浓度呈均匀分布。 通过对比不同样品的热激电流谱测试结果发现, 尾部样品浅能级陷阱浓度远高于头部样品, 且其低温光电导弛豫过程呈现明显的曲线变化规律。 这一研究结果表明, Te夹杂相的分布及浓度可能会导致晶体内部浅能级缺陷的浓度变化, 并且浅能级缺陷对光激发载流子的俘获时间更长, 去俘获时间更短。
碲锌镉 深能级缺陷 热激电流谱 Arrhenius 方法 SIMPA方法 CdZnTe Deep Level Defects TSC Arrhenius method SIMPA method
西北工业大学, 凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
采用熔体法生长Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶时, 不同的生长条件及热经历过程会导致生长态晶体材料中, 占主导的点缺陷类型存在较大的差异, 进而影响了晶体的物理性能及器件的使用。 低温光致发光(PL)谱作为一种无损检测方法, 可以用于研究不同条件下生长的Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶中的点缺陷和杂质的能级状态。 对比富Te条件下生长的未掺杂ZnTe和CdTe晶体在8.6 K下的PL谱可以发现, 电阻率较低的p型ZnTe晶体, 其PL谱中, 电子到中性受主复合发光峰(e, A0)强度高于施主-受主对复合发光峰(DAP), 而高电阻率阻n型CdTe晶体则刚好相反, 这可能是由于生长速率及降温过程的热经历不同导致占主导的本征点缺陷类型不同造成的。 按化学计量比生长的未掺杂CdZnTe晶体, 其PL谱中自由激子发光峰(D0, X)占主导, 而(e, A0)峰强度高于DAP峰, 变温PL谱测试表明当温度高于15 K时, (e, A0)峰与DAP峰逐渐叠加在一起。 In掺杂导致在富Te条件下生长的CdZnTe晶体的PL谱中产生明显的A中心复合发光峰, 与导带的能量差约为0.15 eV, 主要与In补偿Cd空位形成的复合体［In+CdV2-Cd］-有关, 且其强度与In掺杂元素的含量成正比。
Ⅱ-Ⅵ族碲化物 光致发光谱 点缺陷 掺杂 Ⅱ-Ⅵ group telluride PL spectra Point defects Dopant
1 西北工业大学材料学院,陕西 西安 710072
2 Department of Physics,University of Surrey,Guildford,GU2 7XH,UK
基于3片不同条件下生长的CdZnTe晶片制备出平面电极(Planar)探测器CZT1、CZT2及CZT3。分析室温下3个探测器在不同场强作用下对低能X/γ射线的光谱响应,并结合相应晶体材料的载流子迁移特性和掺杂剂的浓度以及存在状态,归纳影响探测器分辨率的原因。掺杂In浓度高的探测器CZT1,由于材料中存在的深能级缺陷Cd2+i,作为电子的俘获中心,影响了载流子的收集效率,进而降低了探测器的能量分辨率[掺杂In浓度低的探测器CZT2对不同能量X/γ射线均具有较好的能量分辨率[而Al掺杂探测器CZT3,由于Al间隙原子Ali的存在作为电子的散射中心,最终影响了收集效率及能量分辨率。
CdZnTe平面探测器 X/γ射线 能量分辨率 载流子迁移特性 散射
