凝聚态物理相关概念

稀土发光材料稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。稀土发光材料的应用会给光源带来环保节能、色彩显色性能好及长寿命的作用，有利于推动照明显示领域产品的更新换代。稀土发光材料具有很多优点：发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。目前，稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模，并正在向其他新兴技术领域扩展。近年来,研究发现,利用突光分子与金、银等贵金属纳米粒子之间的相互作用,可以使荧光分子的发光强度成倍增加,甚至有文献报道可以增加上千倍,这一现象称为金属增强荧光。在贵金属纳米粒子调制荧光分子的光谱辐射过程中,主要是对荧光分子的辐射衰减速率、量子产率、发光寿命进行调制,适当条件下表现出荧光增强效应。荧光的猝灭(熄灭)一词，从广义上说，指的是任何可使某给定荧光物质的荧光强度降低的作用，或者任何可使荧光强度不与荧光物质的浓度呈线性关系的作用。从狭义上说，指的是荧光物质分子与溶剂分子或其它溶质分子之间的相互作用，导致荧光强度降低的现象。与荧光物质发生相互作用而使荧光强度降低的物质，称为猝灭剂。荧光猝灭的形式很多，机理也比较复杂。表面等离子激元(surfaceplasmonpolaritons，SPPs)就是局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态¨。．在这种相互作用中，自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发生集体振荡．这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs。稀土就是化学元素周期表——镧(La)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。这些元素之间有很相似的物理和化学性质,所以将其统称为“稀土元素”。通常用“RE”表示,用“Ln”单独表示镧系元素。stober方法是一种合成单分散硅颗粒的物理化学方法，由WernerStöber等人最先发现。一般是指通过将TEOS加入乙醇和氨水中生成纳米硅颗粒的方法。聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)简称PVP，是一种非离子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，且被研究得最深、广泛的精细化学品品种。已发展成为非离子、阳离子、阴离子3大类，工业级、医药级、食品级3种规格，相对分子质量从数千至一百万以上的均聚物、共聚物和交联聚合物系列产品，并以其优异独特的性能获得广泛应用。TEOS，正硅酸乙酯，又称硅酸乙酯;硅酸四乙酯;亚硅酸乙酯;四乙氧基硅烷;原硅酸四乙酯;资料分子式：C8H20O4Si分子式C8H20O4Si;CH3CH2OSi(OCH2CH3)3。该品为易燃液体，在高温下，空气中可产生爆炸性蒸气。吸入其蒸气可致中毒。红移指的是向红光段移动，也就是光子的能量变低，也就是波长增加，波数减少，所以向低波数移动是红移，反之则是蓝移。红外光谱是振动光谱，通常所需要的能量很低，向低波数移动代表着振动所需的能量变低，代表着基团更加不稳定。共振吸收：从经典电动力学的观点来看﹐吸收光和发射光的基本单元是谐振子。每种谐振子都有它的固有频率﹐当外来电磁波的频率和谐振子的固有频率相同时﹐谐振子会对外来的辐射产生很强的吸收﹐这种吸收称为共振吸收。从原子物理的观点来看﹐共振吸收是因原子由基态到低激发态的跃迁而产生的。量子力学的计算表明﹐这种跃迁的概率系数比其他跃迁的概率系数大得多。原子通常多处于基态﹐所以﹐由共振吸收产生的谱线是很强的。这种谱线称为共振线。比较著名的共振线有中性钠的D和D线﹐电离钙的H和K线等。castep：先进的量子力学程序，使用平面波赝势的方法。广泛应用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究的内容包括：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。方便的自旋极化设置，还可用于计算磁性体系。可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟STM图像、固体材料的红外光谱、计算电荷差分密度。dmol3:独特的密度泛函（DFT）量子力学程序，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体的性质及行为、并可以同时考虑周期性与非周期性溶剂化效应的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、配分函数、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。方便的自旋极化设置，还可用于计算磁性体系。同时还支持基于量子力学的动力学计算。基于内坐标的算法高效准确，支持并行计算。该模块能够使用PerlScript功能编译。castep是基于平面波的，dmol是数值轨道.4.六方晶系指数表示上面我们用三个指数表示晶面和晶向。这种三指数表示方法，原则上适用于任意晶系。对六方晶系，取a，b，c为晶轴，而a轴与b轴的夹角为120°，c轴与a，b轴相垂直，如图9所示。图9六方晶体的等价晶面和晶向指数但是，用三指数表示六方晶系的晶面和晶向有一个很大的缺点，即晶体学上等价的晶面和晶向不具有类似的指数。这一点可以从图9看出。图中六棱柱的两个相邻表面（红面和绿面）是晶体学上等价的晶面，但其密勒指数却分别是（101）和(100)。图中夹角为60°的两个密排方向D1和D2是晶体学上的等价方向，但其晶向指数却分别是[100]和[110]。由于等价晶面或晶向不具有类似的指数，人们就无法从指数判断其等价性，也无法由晶面族或晶向族指数写出它们所包括的各种等价晶面或晶向，这就给晶体研究带来很大的不便。为了克服这一缺点，或者说，为了使晶体学上等价的晶面或晶向具有类似的指数，对六方晶体来说，就得放弃三指数表示，而采用四指数表示（密勒-布拉菲指数）。四指数表示是基于4个坐标轴：a1，a2，a3和c轴，如图10所示，其中，a1，a2和c轴就是原胞的a，b和c轴，而a3=-(a1+a2)。下面就分别讨论用四指数表示的晶面及晶向指数。图10六方晶体的四轴系统（1）六方晶系晶面指数的标定六方晶系晶面指数的标定原理和方法同立方晶系中的一样，从待标晶面在a1，a2，a3和c轴上的截距可求得相应的指数h，k，i，l，于是晶面指数可写成(hkil)。根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。应用上述方法标定的晶面指数形式上是4个指数，但是不难看出，前三个指数中只有两个是独立的，它们之间有以下的关系：i=-(h+k)，因此，可以由前两个指数求得第三个指数。六方晶体中常见晶面及其四指数（亦称六方指数）标于图11中。从图看出，采用四指数后，同族晶面（即晶体学上等价的晶面）就具有类似的指数。例如：共6个等价面(Ⅰ型棱柱面)。共6个等价面(Ⅱ型棱柱面)。而{0001}只包括(0001)一个晶面，称为基面。六方晶体中比较重要的晶面族还有，请读者写出其全部等价面。图11六方晶体中常见的晶面（2）六方晶系晶向指数的标定采用四轴坐标，六方晶系晶向指数的标定方法如下：当晶向通过原点时，把晶向沿四个轴分解成四个分量，晶向OP可表示为：OP=ua1+va2+ta3+wC，晶向指数用[uvtw]表示，其中t=-(u+v)。原子排列相同的晶向为同一晶向族，图12中a1轴为[0112]，a2轴[0121]，a3轴[2011]均属〈0112〉，其缺点是标定较麻烦。可先用三轴制确定晶向指数[UVW]，再利用公式转换为[uvtw]。采用三轴坐标系时。C轴垂直底面，a1、a2轴在底面上，其夹角为120o，如图12，确定晶向指数的方法同前。采用三轴制虽然指数标定简单，但原子排列相同的晶向本应属于同一晶向族，其晶向指数的数字却不尽相同，例如[100]，[010]，[011]，见图12。图12六方晶系的一些晶面与晶向指数六方晶系按两种晶轴系所得的晶向指数可相互转换如下)2(31VUu，)2(31UVv，)(vut，Ww。例如，[011]→[2011]，[100]→[0112]，[010]→[0121]，这样等同晶向的晶向指数的数字都相同。标定方法通常采用行走法。用行走法确定六方晶体的四轴晶向指数时，会遇到一个新的问题，即解是不唯一的。例如，a1轴的指数可以是，也可以是[2000]；a2轴的指数可以是，也可以是[0200]。分析各种等价晶向的四指数后发现，要想使等价晶向具有类似的四指数，就需要人为地附加一个条件，即前三个指数之和为零。若将晶向指数写成[UVTW]，则上述附加条件可写成：U+V+T=0，或T=-(U+V)。按照这个附加条件，上述a1轴的指数就应该是，而不是[2000]；同样，a2和a3轴的指数分别是和。图13中标出了六方晶体中各重要晶向的四指数，它们是[0001]，，等等。图13六方晶体中常见的晶向除上述几个特殊晶向外，对一般的晶向，很难直接求出四指数[UVTW]，因为很难保证在沿a1，a2，a3和c轴分别走了U，V，T和W步后既要到达晶向上的另一点，又要满足条件T=-(U+V)。比较可靠的标注指数方法是解析法。该法是先求出待标晶向在a1，a2和c三个轴下的指数u，v，w（这比较容易求得），然后按以下公式算出四指数U，V，T，W。(1-1)T=-(U+V)W=w