基于非平衡格林函数方法的电致发光理论发展和应用

批准号:
21803035
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王汝林
依托单位:
学科分类:
B0302.化学模拟与应用
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
Saranya Govindarajan、毕富珍、宁延利、王冬、吴婕
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中文摘要
随着器件加工技术的不断进步,电致发光器件的尺寸愈加趋于纳米量级,如何精确的描述器件中的量子效应成为理论研究的关键问题。然而,基于连续模型的传统方法很难在原子尺度精确描述电致发光过程。非平衡格林函数(NEGF)方法可以精确的描述体系的电子结构,并已广泛应用于电子输运过程的研究。我们已经通过结合电子与外界真空场的相互作用,利用NEGF方法,初步实现对于电致发光过程的模拟。本项目将利用Born近似自洽方法,进一步探究声子散射作用对电致发光过程的影响。在应用方面,该方法拟应用于扫描隧道显微镜(STM)中的电致发光过程,通过研究扫描样品的发光光谱与体系电子结构的内在联系,来解释实验现象、揭示内在原理和物理机制。
英文摘要
With the continuous advancement of fabrication technology, size of electroluminescence device approaches nanoscale. The key question is how to describe accurately the electroluminescence processes in nanoscale devices. While conventional methods based on continuum model are no longer applicable at atomic scale, non-equilibrium Green’s function (NEGF) method is capable to accurately describe the electronic structure of the system and has been widely used to study the electron transport. Recently, by considering interactions between electron and vacuum field in NEGF method, we have simulated electroluminescence effects in nanoscale device. In this proposal, we will investigate the effect of phonon scatterings on the electroluminescence of nanoscale device by including self-consistent Born approximation. The method will be applied to simulate the electroluminescence processes in scanning tunneling microscope (STM) and to examine the relationship between emission spectrum and device structure, the results obtained from this project will provide significant insights for interpreting experimental results, understanding the physical mechanism.
本项目的工作为基础理论的研究,主要包括两个方面:光电转化的稳态性质和瞬态性质。在稳态性质的研究中,我们关注于控制光电器件中光照的吸收和光电转化。利用计算模拟,发现双层石墨烯纳米带的光电响应可以用外加的门电压来控制。垂直于石墨烯纳米带的门电压电场使上层纳米带的能级发生整体平移,同时使下层纳米带能级向相反的方向平移。这样实现了门电压对整个器件禁带宽度的连续调节。与此同时,外加电场也可以分离光生的电子-空穴对。结合门电压这两方面的作用,就实现了与相应能量范围的光照响应的光电流。另外,我们发现器件的吸光频率与纳米带的宽度相关。在瞬态性质的研究中,我们关注于探测单分子中的光激发电子振荡。利用计算模拟,我们拓展了扫描隧道显微镜的功能,用以观测材料表面分子中电子含时演化过程。电子振动由pump激光脉冲激发,并利用激光脉冲的时间分辨,由另一个probe脉冲探测。电子振荡的周期可以通过STM的光电流来确定,观测机制是两个脉冲激发的电子振荡之间的量子干涉响应。同时,电子振荡会因为与材料表面的相互作用而衰减。衰减的时间也可以由STM的隧穿光电流来确定。另外我们发现隧穿光电流与激光脉冲的波包相位相关,这种相关性会随着脉冲的时间长度增加而消失。
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Tunable Photoresponse by Gate Modulation in Bilayer Graphene Nanoribbon Devices
双层石墨烯纳米带器件中栅极调制的可调谐光响应
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b03077
发表时间:2019
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters
影响因子:5.7
作者:Wang Rulin;Bi Fuzhen;Lu Wencai;Yam ChiYung
通讯作者:Yam ChiYung
Theoretical investigation of real-time charge dynamics in open systems coupled to bulk materials
与散装材料耦合的开放系统中实时电荷动力学的理论研究
DOI:10.1063/1.5094189
发表时间:2019
期刊:Journal of Chemical Physics
影响因子:4.4
作者:Wang Rulin;Lu Wencai;Xie Hang;Zheng Xiao;Yam ChiYung
通讯作者:Yam ChiYung
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