学术背景 随着信息时代的到来，集成电路（Integrated Circuits, ICs）成为了推动技术进步的核心力量。然而，传统的集成光子学平台（如硅、氮化硅等）在材料特性上存在诸多限制，例如硅的间接带隙限制了其在激光应用中的使用，而硅在近红外波段的强双光子吸收也限制了其在非线性光学应用中的表现。为了克服这些限制，研究人员开始探索将具有优异光学特性的二维材料（2D Materials）集成到光子芯片上。二维材料，如石墨烯（Graphene）、过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs）、黑磷（Black Phosphorus, BP）等，展现出超高的载流子迁移率、宽带光学响应、层依赖的可调带隙等特性，为下一代光子集成电路（Photoni...

背景介绍 二维材料（2D materials）因其独特的物理化学性质，在纳米电子学、光电子学等领域展现出巨大的应用潜力。然而，这些材料在纳米尺度上的结构扰动（structural perturbations）对其性能有着重要影响。传统的表征方法如拉曼光谱（Raman spectroscopy）虽然能够提供材料的结构信息，但其空间分辨率通常受到衍射极限的限制，难以在纳米尺度上精确探测结构变化。为了解决这一问题，研究者们开始探索将机器学习（machine learning, ML）与光谱技术结合，以提高空间分辨率并揭示纳米尺度的结构扰动。 本研究由来自Hanyang University、Sungkyunkwan University、Korea Advanced Institute of Sc...

学术背景 立方氮化硼（C-BN）是一种超宽带隙半导体材料，具有极高的热导率、低介电常数和高击穿电场，因此在高温、高功率电子器件中具有广泛的应用前景。然而，C-BN的合成仍然面临诸多挑战，尤其是如何在大尺寸基底上实现高质量的单晶C-BN薄膜的生长。金刚石由于其与C-BN的晶格失配较小（1.36%），被认为是C-BN外延生长的理想基底。尽管如此，C-BN/金刚石异质结构的合成仍然处于早期发展阶段，尤其是在如何减少缺陷密度和提高薄膜质量方面，仍然存在许多未解之谜。 本研究旨在通过电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR PECVD）技术，在硼掺杂的金刚石基底上生长C-BN薄膜，并通过透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS）等手段，详细分析薄膜的形貌特征、缺陷类型以及化学键合状态。研...

随着全球对能源效率和环境可持续性的关注日益增加，发光二极管（LED）技术已成为照明和显示领域的主流选择。然而，尽管传统LED技术在能效和性能上取得了显著进步，但其制造过程中对稀有材料的依赖以及对环境的影响仍然是一个不可忽视的问题。近年来，钙钛矿发光二极管（PeLEDs）因其轻量化设计、灵活性和宽色域等优势，逐渐成为下一代照明和显示技术的热门候选。然而，尽管PeLEDs在技术上取得了快速进展，其环境和经济影响的全面评估仍然缺乏，这对其未来的商业化至关重要。 本研究旨在从生命周期角度评估18种代表性PeLEDs的环境和经济性能，以确定可持续PeLEDs发展的有效工业技术路径。研究不仅关注技术性能，还深入分析了PeLEDs在整个生命周期中的环境影响，特别是铅（Pb）在PeLEDs中的毒性贡献，并提...

碳氮化物（Carbon Nitride, CN）作为一种二维n型半导体材料，因其优异的光催化活性和稳定性，在光驱动能量转换和环境应用中展现出巨大潜力。然而，尽管CN在光催化领域表现出色，其在光电子器件中的应用却受到限制，尤其是在硅（Si）基光电子器件中。主要原因在于缺乏能够大规模制备高质量、均匀且可加工的CN薄膜的合成方法。现有的合成方法，如纳米片分散涂层、液-固界面合成、高温退火等，虽然在一定程度上实现了CN薄膜的制备，但在晶圆级均匀性、表面粗糙度以及与硅的界面结合强度等方面仍存在不足。这些问题导致CN与硅的异质界面存在大量缺陷，阻碍了载流子的传输，进而限制了器件性能的提升。 为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的合成方法，通过两步化学气相沉积（CVD）和氢气氛退火工艺，成功在硅上制备...

微梳技术的跨学科进展：连接物理与信息技术的桥梁 学术背景 光学频率梳（Optical Frequency Comb, OFC）是一种能够将光频域分割为一系列离散且等间距频率线的技术，广泛应用于精密测量、光通信、原子钟和量子信息等领域。然而，传统频率梳设备通常体积庞大且复杂，难以满足现代科学和技术对便携性和集成化的需求。近年来，微梳（Microcomb）技术因其紧凑性、高效率和多功能性而备受关注。微梳基于光学微腔中的非线性效应生成，能够在芯片级实现频率梳的功能，从而为多个领域带来革命性变化。 尽管微梳技术已取得显著进展，但其在材料选择、生成机制、功能优化以及实际应用中的潜力仍需进一步探索。为了系统总结微梳技术的最新进展并展望其未来发展方向，本文作者撰写了一篇综述文章，旨在从物理原理到实际应用全...

太阳能电池量子效率与复合机制的研究 学术背景 在太阳能电池研究领域，量子效率（Quantum Efficiency, QE）是衡量器件性能的核心指标之一。它反映了入射光子转化为电子-空穴对的效率，从而揭示了载流子收集过程和复合动力学的关键信息。然而，在实际应用中，由于材料缺陷、界面不匹配以及设计参数的影响，太阳能电池的量子效率往往难以达到理论极限。这些非理想因素导致的复合效应不仅限制了光电转换效率，还使得实验数据与理论模型之间的关系复杂化。 为了解决这一问题，来自印度多所高校的研究团队开展了深入研究，旨在通过数值模拟方法分析设计参数对量子效率的影响，并揭示其中的复合机制。他们的目标是建立一种系统化的分析框架，帮助研究人员诊断器件中的缺陷并优化其性能。这项研究的意义在于，它不仅有助于提升现有薄...

基于石墨烯的可编程双偶极天线 学术背景 太赫兹（THz）频段（0.1至10 THz）因其独特的特性，在无线通信、高分辨率成像和人体中心通信等领域中引起了广泛关注。然而，太赫兹波在大气中的传播损耗较大，导致短距离通信成为其主要缺点之一。此外，设计和制造适用于太赫兹应用的设备也面临挑战，尤其是信号源的增益和覆盖范围问题。尽管如此，亚太赫兹频段为下一代无线通信系统提供了前所未有的机会，包括理论数据速率超过100 Gbps的信道容量、天线几何形状的显著小型化以及更高的空间分辨率。 为了克服这些限制，可重构天线（RAs）成为无线通信研究中的热门话题。传统的可重构天线通常通过PIN二极管、微机电系统（MEMS）开关等实现，但这些技术不适用于太赫兹频段。石墨烯作为一种二维材料，因其可调表面电导率和与其它组...

学术背景 中红外光谱范围（2.5至20 µm）因其包含许多分子键的特征吸收峰，被广泛应用于气体检测、光学通信、高质量成像、细菌研究以及土壤成分分析等领域。在这些应用中，波导光电探测器因其高集成度、低功耗和易于小型化的特点，成为光子集成电路（PICs）中的关键组件。然而，传统波导光电探测器在灵敏度和信噪比方面存在局限性，尤其是在暗电流噪声控制和量子效率优化方面面临挑战。 为了提高波导光电探测器的性能，研究人员提出了多种改进方案，例如通过优化材料选择、设计新型波导结构或引入模式转换技术来减少耦合损耗。然而，如何在保持量子效率的同时显著降低暗电流噪声，仍然是一个亟待解决的问题。本文的研究正是针对这一问题展开，提出了一种结合超短波导锥形结构的中红外低噪声波导光电探测器设计方案，旨在通过压缩光纤耦合光...

钙钛矿太阳能电池的数值模拟与性能优化：基于Cs₂TiBr₆材料的研究 学术背景 近年来，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其卓越的光电特性而备受关注。这类材料具有合适的带隙、高载流子迁移率、显著的扩散长度和优异的光吸收系数等优势，使其在光伏领域迅速崛起。然而，传统铅基钙钛矿材料存在毒性问题、稳定性不足以及寿命短等缺陷，限制了其大规模应用。为了解决这些问题，研究人员开始探索无毒、稳定的替代材料。其中，铯钛溴化物（Cs₂TiBr₆）作为一种单卤化物钙钛矿材料，因其低毒性和高稳定性成为研究热点。 Cs₂TiBr₆是一种不含铅的环保型材料，具有直接带隙约为1.8 eV的特性，适合用于高效太阳能电池的开发。此外，这种材料还表现出较高的热稳定性和化学稳定性，为...