全同量子点晶格构筑及其量子态间耦合表征

全同量子点组成原子数少且固定为幻数，具有相邻量子能级间距大，附加电子的库仑作用能大等特点，易于在较大电压或电流范围内人为调控量子特性。其阵列和晶格量子态间耦合容易，是了解量子态的特性和掌握和量子过程基本规律的重要对象。本项目将采用第一性原理赝势法和动力学Monte Carlo法，计算Si(111)-(7X7)表面Au和Zn等相图。采用蒸镀或分子束外延等方法和后续热处理，在宏观尺度范围内于两半单胞获得具有幻数的全同量子点阵列。结合量子点的原子分波态密度的空间分布图等电子结构计算结果，测量库仑阻塞的能量和载流子共振隧穿，以此探测局域成键和共有反键量子态信息，建立合理、有效的量子态共振输运测试分析方法。构筑新的量子点晶格，测量量子点晶格的电子结构，揭示量子点晶格中量子态耦合和轨道杂化新性质。了解量子态新现象，建立新概念、揭示新规律。为有效地构筑量子点晶格和控制量子态耦合，挖掘其应用提供科学依据。

本项研究开展了全同量子点晶格构筑及其量子态间耦合表征。主要研空成果有：1、成功研制了宽温度范围原位低维纳米结构综合测试系统，集成了原位变温SEM、STM、CL等表征手段；2、利用Si(111)-(7X7)表面周期性模板构筑了Au和Zn全同量子点和二维晶格，确认了量子点的稳定原子构型，揭示了其形成机制、量子态耦合及半导体特性；3、采用CVD制备方法，实现了大面积高质量单双层石墨烯薄膜的可控制备，研究了石墨烯与不同维度Au接触的相互作用和电子转移特性，并将其可控电导应用于场效应管器件；4、在高Al组分AlGaN发光二极管表面蒸镀超薄二维Al金属膜，有效地将AlGaN有源区中TM波转换成从二维Al表层辐射释放的深紫外光子，提高了深紫外发光二极管的光抽取效率。通过本项研究，深入了解二维量子体系的结构和电子态特性，拓展其在电子和光电子领域中的应用。先后在Scientific Reports、Nature Materials等重要学术刊物发表论文30篇；申请国家发明专利9项，其中获授权4项。应邀在学术会议上做特邀报11个。培养研究生15人，其中博士生4人，获福建省优博1人。