MnOx/TiO2催化剂的低温脱硝活性和稳定性是目前具有挑战性的研究方向。采用矿物极化效应对MnOx/TiO2催化剂进行了改性研究。适当细度的电气石对催化材料的脱硝性能有明显的改善, 在较宽的温度范围内脱硝效率保持在90%以上, 并延长了较高脱硝效率的持续时间。原位漫反射红外光谱分析结果表明, 改性前后的催化剂遵循Langmuir-Hinshelwood机理, 电气石极化可以加快反应气体的吸附速率, 生成易于参与到后续反应的中间产物, 从而提高脱硝性能。

利用铁电薄膜的极化效应和金属微纳结构的表面等离激元非辐射衰减诱导的热电子，提高传统铁电薄膜材料的光电转换效率，在光伏、光催化和光电探测等领域中有广阔的应用前景。采用溶胶-凝胶法制备了大面积均匀的BiFeO₃薄膜，并采用电子束热蒸发技术分别在其上下表面沉积Au纳米颗粒，形成了Au/BiFeO₃复合薄膜结构。研究结果表明，相较纯BiFeO₃薄膜，负载了Au纳米颗粒的复合薄膜在可见光区的吸收明显增强，进而其光电流密度也有所增加。此外，利用铁电薄膜的极化效应对其界面势垒进行调控，从而控制Au纳米颗粒中热电子和BiFeO₃薄膜中光生载流子的转移，在两者的协同作用下，实现了对复合薄膜光电流极性的操控。

采用数值模拟的方法研究了具有相同的平均In组分, 但In组分的分布不同的3个紫色InGaN/GaN单量子阱样品的光谱特性。通过分析样品的电致发光谱、能带结构、波函数交叠以及载流子浓度分布等, 发现沿生长方向阱内In组分线性增加的单量子阱样品的发光效率最高, 而In组分线性减小的样品发光效率最低。这是因为In组分的线性增加能够减弱极化场对价带的影响, 使阱内价带变得更加平缓。这不仅降低了空穴的注入势垒高度、增大了阱中的空穴浓度, 还增强了阱内电子-空穴波函数的交叠积分, 提高了辐射复合几率, 从而使In组分线性增加的量子阱的发光效率显著提高。

通过有限元分析, 利用COMSOL软件模拟计算了Nano-LED 半极性面InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的应变和压电极化分布, 并结合模拟得到的量子阱极化电场, 采用Silvaco软件计算得到了Nano-LED InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的发光光谱。应变和压电极化分布结果表明, 其在距离半极性面量子阱边缘100 nm的范围内变化明显。然而, 在半极性面内部, 应力释放现象消失, 压电极化电场变强, 量子限制Stark效应导致InGaN/GaN单量子阱发光强度降低。发光光谱分析表明, 60 mA工作电流下, Nano-LEDInGaN/GaN半极性面量子阱边缘位置的光谱峰值最大蓝移达21 nm, 其原因在于边缘的应力释放作用。Nano-LED非极性面和半极性面的整体光谱分析表明, 在固定Nano-LED高度条件下, Nano-LED的直径越大, 半极性面占比越高, 器件整体发光光谱的双峰值现象越明显, 这将为多波长Nano-LED器件的设计提供借鉴。

基于线阵光子计数探测器模块，实现了碲锌镉探测器的光子计数应用。研究了大剂量X射线下碲锌镉探测器的计数性能，发现碲锌镉光子计数探测器根据其典型计数性能可分为两类: C1，C2。分析了这两类典型的光子计数探测器的计数性能与X射线能谱响应特性、前放脉冲信号上升时间以及碲锌镉探测器缺陷水平的内在联系，在此基础上研究了温度对C2类碲锌镉光子计数探测器计数性能的影响规律，升高温度可以抑制探测器的极化失效，提高计数率，且当温度升高至33℃时，探测器计数性能可得到显著改善。最后利用线阵光子计数探测器模块，获得了不同温度下C2类碲锌镉光子计数探测器的多能区成像结果，升高温度可以显著增加其图像衬度，提高成像质量。该研究为通过控制外部条件提高碲锌镉光子计数探测器性能提供了有效手段。

为了提高AlGaN日盲紫外雪崩探测器的信噪比, 降低暗电流, 研制高性能日盲紫外探测器, 针对AlGaN日盲紫外雪崩探测器暗电流机制进行了深入研究。首先对传统p-i-n-i-n结构雪崩探测器进行了初步研究, 分别设计了GaN和AlGaN的两种雪崩探测器模型, 分析了其不同暗电流特性, 得到的模拟暗电流特性曲线与实验吻合。在此基础上, 针对日盲紫外波段高Al组分AlGaN雪崩探测器, 重点分析研究了不同异质界面的负极化电荷、p型有效掺杂以及温度等因素对暗电流的影响。在AlGaN日盲紫外雪崩探测器研究中得到的近零偏工作暗电流为2.5×10-13 A, 在反向138 V左右发生雪崩击穿, 雪崩开启电流为18.3 nA左右, 击穿电压温度系数约为0.05 V/K, 与实验及文献测试结果吻合。

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构, 高分辨率X射线衍射测量结果显示, 量子阱结构界面清晰, 周期重复性很好, InGaN阱层的In组分约为 0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V, 转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示, 在光照条件下, 曲线的正向区域存在一明显的“拐点”。随着聚光度的减小, I-V曲线的“拐点”逐渐向高电压区域移动, 同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比, 发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明, InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因, 也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。

利用选择性横向外延技术生长{11-22}半极性面GaN模板，并利用半极性面模板生长InGaN/GaN多量子阱结构。结果表明，生长出的GaN模板由半极性面{11-22}面和c面组成，多量子阱具有390 nm和420 nm的双峰发光特性，局域阴极发光(CL)测试表明390 nm附近的发光峰来源于半极性面上的量子阱发光，而420 nm左右的发光峰源于c面量子阱发光。c面量子阱发光相对于斜面量子阱发光发生显著红移是因为在选择性横向外延生长过程中，In组分相比Ga较易从掩模区域向窗口中心区域迁移，形成了中心高In组分的c面量子阱，而半极性面上InGaN/GaN多量子阱量子限制斯塔克效应相比于极性面会减弱，此外，相同生长条件下半极性面的生长速率低于极性c面的生长速率。

设计了方形和阶梯状两大类的图形化蓝宝石衬底(PSS), 使用Crosslight公司的工艺软件CSuprem建立了三维的方形和阶梯状两类图形衬底GaN LED器件, 然后使用APSYS软件模拟计算出它们的光电特性。并且对方形图形衬底的刻蚀深度进行了优化, 通过对模拟结果的比较得到刻蚀深度与边长的比值为0.4时, 这种方形图形衬底GaN LED的光提取效率最高, 且比平面衬底提高了20.13%。对阶梯状图形衬底的阶梯层数进行了比较, 发现随着阶梯层数的增加, 光提取效率也随着增加, 阶梯状层数为5时, 光提取效率比平面衬底提高了30.03%。并对方形PSS LED进行了实验验证。