α-MoO3是一种典型的层状半导体过渡金属氧化物, 其独特的电子结构和晶格结构使其近些年来被广泛研究。相比于体相α-MoO3, α-MoO3薄膜因二维几何限制而具有优异的光学、电学和力学性质。然而, 单层无缺陷的α-MoO3薄膜的外延生长迄今尚未实现。本研究在超高真空条件下使用分子束外延技术, 首次在高定向热解石墨(HOPG)上范德瓦耳斯外延制备了单层无缺陷的半导体α-MoO3薄膜, 并通过氢气还原的方法产生线型缺陷, 使用扫描隧道显微镜研究了完整单层薄膜及缺陷处的形貌结构和表观能隙。结果表明: 通过精确控制衬底温度可以在HOPG衬底上制备出高质量单层α-MoO3薄膜; 薄膜厚度和单胞大小均符合单层α-MoO3特征, 扫描隧道谱显示其表观能隙为1.7 eV; 所生长薄膜的高质量可以通过衬底HOPG的摩尔纹进一步证实。通过引入氢气可以在薄膜表面获得与摩尔纹方向垂直的明亮线缺陷, 缺陷处的局域表观能隙为0.4 eV, 即在一个整体为宽表观能隙的半导体材料中间实现了局部的具有窄表观能隙的通道。

为降低ITO薄膜对紫外波段的光吸收, 制备低电压高功率的紫外LED, 研究了一种基于金属掺杂ITO透明导电层的365 nm紫外LED的制备工艺。利用1 cm厚的石英片生长了不同厚度ITO薄膜以及在ITO上掺杂不同金属的新型薄膜, 并研究了在不同的退火条件下这种薄膜的电阻和透过率, 分析了掺杂金属ITO薄膜的带隙变化。将这种掺杂的ITO薄膜生长在365 nm外延片上并完成电极生长, 制备成14 mil×28 mil的正装LED芯片。利用电致发光(EL)设备对LED光电性能进行测试并对比。实验结果表明: 掺Al金属的ITO薄膜能够相对ITO薄膜的带隙提高0.15 eV。在600 ℃退火后, 方块电阻降低6.2 Ω/□, 透过率在356 nm处达到90.8%。在120 mA注入电流下, 365 nm LED的电压降低0.3 V, 功率提高14.7%。ITO薄膜掺金属能够影响薄膜带隙, 改变紫光LED光电性能。

为了研究外电场对氯甲烷分子光谱和解离特性的影响,采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平 上研究了不同外电场(－0.03～0.03 a.u.)对氯甲烷分子结构以及解离特性的影响,包括键长、分子能隙、红外光谱以及解离势能面等。 计算结果表明,随着Z方向(C-Cl连线方向)外电场从－0.03 a.u.逐渐增加到0.03 a.u., C-Cl键的键长逐渐增大而C-H键的键长几乎不变, 分子能隙EG先增大后减小,当外加电场等于0.01 a.u.时达到峰值。 C-Cl 伸缩(stretching, STR) 振动的频率是逐渐减小的, 而红外 光谱(infrared, IR)振动强度是逐渐增加的。 通过进一步计算研究发现, 随着外电场(0～0.03 a.u.)继续增强, CH3Cl分子的势能曲线逐渐降低, 解离能逐渐减小。 当外电场大约是0.04 a.u.时解离能最小,发生解离。 因此,可以通过改变外电场来控制CH3Cl分子的降解。

β胡萝卜素是典型的线性多稀分子, 重要的光电材料, 在医学上也有重要的作用, 研究它在外场作用下分子结构和性能的变化及机理有很重要的理论和应用价值。 分别测量了β胡萝卜素在二甲基亚砜中温度为81～25 ℃范围和β胡萝卜素在二硫化碳中压力为0.04～0.60 GPa范围的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱。 发现了两种不同的的光谱现象, 随温度降低, 二甲基亚砜中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收、 拉曼光谱都红移, 拉曼散射截面增大; 而随压强增加二硫化碳中β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收峰也红移, 但拉曼散射峰却蓝移, 拉曼散射截面减小。 两种实验现象不能同时用线性多烯分子的“有效共轭长度”“弱阻尼相干振动”等理论模型给予明了解释。 电子—声子耦合常数, 可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。 该研究依据电子—振动相互作用规律, 通过分析和计算得出结论: 二种实验现象都是π电子与碳碳键振动相互作用产生的, 即由于温度、 压力作用对β胡萝卜素分子结构及电子—振动耦合影响不同, 引起电子-声子耦合常数不同, 是电子能隙对碳碳振动的调制作用而产生的两种实验结果。

线性多烯分子是重要的光电材料, 它还具有光采集、 光防护、 防癌、 抗癌功能, 也是物理学、 化学理论研究的理想分子。 共振拉曼光谱是研究线性多烯分子最有力的工具。 本文总结了线性多烯分子共振拉曼光谱的特征及其与分子结构的关系, 包括: 电子光谱（紫外-可见吸收光谱）、 拉曼光谱的性质及与外场的关系; 电子能隙对碳碳原子振动的调制作用; 给出几个实验结果: 温度降低、 溶剂密度增加、 溶液浓度降低等会使线性多烯分子结构有序增加, π电子能隙减小, 使紫外-可见吸收光谱红移; π电子离域扩展, 有效共轭长度增加, 拉曼活性提高, 拉曼光谱红移, 拉曼截面增加。 振幅模型是研究线性多烯分子较理想的模型。

用一个简单模型分析了量子点产生能级的原因,推导出能级与量子点尺寸的表达式。 根据量子点表面势垒为有限值的特点以及表面存在衰减波,提出量子点内电子波函数不完全满足 驻波条件的观点,在量子点的能级表达式中引入一个修正系数。结合量子点表面衰减波的特征, 给出量子点修正系数的计算方法。通过理论计算表明：量子点的能级以及能级之间的能量差(间隙)不 但与量子点的尺寸有关,而且与其边界条件有关。特别是对于非光滑的表面,其表面势垒对量子点的能级与能隙影响非常大。

采用原子簇嵌入模式的电荷自洽离散变分法(SCC-DV-Xα-ECM)对单斜型VO2的电子结构和光电性质进行了计算。计算结果表明,单斜型VO2带隙宽度为0.4411 eV,费米能级在带隙中间以上0.00365 eV靠近导带处,和实验数据符合得很好。单斜型VO2的总能(-568.18 eV)比金红石型VO2(-470.33 eV)小,说明外加能量如升高温度会使单斜型VO2相变至金红石型VO2。吸收系数在低频率段和实验情形符合得很好,光电导率在2.5-13.5 eV的变化趋势和其他的理论分析是一致的。

以高纯五氧化二钒(V2O5)粉末(纯度≥99.99%, 质量百分比)为原料, 采用真空蒸发--还原工艺, 在不同退火温度下还原出不同组分的VOX薄膜。利用X射线衍射仪, X射线光电子能谱仪和紫外-可见分光光度计对薄膜进行测试和分析, 得到了不同退火温度与薄膜结构和其光学特性的关系。结果显示: V2O5中的V5+随着退火温度的上升被还原, 退火温度为450℃时, V4+含量最高, 结晶最好, 500℃时, 薄膜组分表现出逆退火现象, 温度进一步升高, 钒再次被还原。

提出了一种利用离子注入和后续退火制备氮掺杂TiO₂薄膜的方法。首先在室温下向石英玻璃中注入Ti离子，随后在氮气中退火到900℃，从而制备了氮掺杂的玻璃基TiO₂薄膜。SRIM2006程序模拟和卢瑟福背散射谱(RBS)研究表明注入离子从样品表面开始呈高斯分布，实验结果和模拟结果吻合很好。X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明注入态样品中形成了金属Ti和TiO₂，900℃退火后金属Ti转变成TiO₂，同时N原子替代少量的晶格O原子形成了O－Ti－N化合物。紫外－可见吸收光谱(UV－Vis)结果显示，当退火温度至500℃时，在吸收光谱中开始出现TiO₂的吸收边，随退火温度升高到900℃，由于O－Ti－N化合物形成，TiO₂的吸收边从3．98 eV红移到3．30 eV，TiO₂吸收边末端延伸到可见光区，在可见光区的吸收强度明显增加。

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法,利用小核实赝势LANL2DZ,优化了含重金属二元混合团簇M2Al2(M=Au,Ag,Cu)的稳定结构,并得出具有C2v(1A1) 对称性的蝴蝶结构比平面构型更加稳定,其中团簇Au2Al2最稳定.计算了稳定结构的结合能、电离势、电子亲和能、最高占据轨道能级和最低空轨道能级及二者间的能隙,得出参杂团簇M2Al2比非参杂团簇M4(M=Au,Ag,Cu) 更稳定的结论.