量子共鳴する動的なマルチ量子センタにおける新規機能の発見・解明と先導的提案

量子共振动态多量子中心新功能的发现和阐明以及领先建议

基本信息

批准号：
20K05419
负责人：
金賢得
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

外圧は、化学処理を導入しなくても光電子特性を変化させるため、光電子放出ナノマテリアルを理解するための重要なパラメーターの1つである。ここでは、シリコン空孔（SiV）ダイヤモンドナノスラブの構造、軌道、光特性、および振動ダイナミクスに対する外圧の影響を計算で解明した。 0 K での基底状態だけでなく、室温付近の励起状態についても、ab initio 分子動力学シミュレーションを使用してその属性を調べた。室温の周囲で変動するSiVダイヤモンドナノスラブを直接かつ機械的に押して、室温のアンビルセルで通常発生する実際の外圧を模倣した。圧縮により、SiV 欠陥構造の縮小、欠陥軌道エネルギーの再配置、SiV-SiV 励起からナノスラブ-SiV励起への光学遷移の切り替わり、SiVとナノスラブカーボンの混成が引き起こされることを明らかにした。Si原子振動と内部C-C結合振動のスペクトルのブルーシフトとより小さい強度、吸収、放出、およびゼロフォノン線のエネルギーが7 %圧縮以下で最大になることも発見した。特に、吸収エネルギーは、圧縮が増加するにつれて0 Kと室温の間でより大きく異なるが、放出エネルギーの0 Kと室温の間の最大差は、7 % の圧縮以下で現れる。これらすべての変化が機械的圧縮によってのみ引き起こされ、圧縮によって温度効果が異なることは注目に値する。ここで得られた洞察は、圧縮されたナノスケール材料の温度と圧力のナノスケール光学測定のための有望な単一光子源になるように、空孔中心の光学性能を効果的に制御する方法を提供しえる。

外部压力是了解光电纳米材料的重要参数之一，因为它无需引入化学处理即可改变光电性能。在这里，我们通过计算阐明了外部压力对硅空位（SiV）金刚石纳米板的结构、轨道、光学性质和振动动力学的影响。我们使用从头算分子动力学模拟不仅研究了 0 K 时基态的性质，还研究了室温附近激发态的性质。我们在环境温度下直接机械地推动 SiV 金刚石纳米板，模拟室温下砧室中通常产生的真实外部压力。我们发现压缩会导致 SiV 缺陷结构的减少、缺陷轨道能量的重新排列、光学跃迁从 SiV-SiV 激发到纳米板-SiV 激发的转换，以及 SiV 和纳米板碳的杂化。我们还发现Si原子振动和内部C-C键振动的光谱发生蓝移且强度较小，吸收线、发射线和零声子线的能量在7%压缩以下达到最大值。特别是，随着压缩的增加，吸收的能量在 0 K 和室温之间差异更大，而 0 K 和室温之间释放的能量的最大差异出现在 7% 压缩以下。值得注意的是，所有这些变化仅由机械压缩引起，并且温度影响因压缩而异。这里获得的见解证明了如何有效控制空穴中心的光学性能，使其成为用于压缩纳米级材料中温度和压力的纳米级光学测量的有前景的单光子源。