物理学进展

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温稠密物质模拟的第一性原理方法进展

张航, 陈默涵

2024 (2): 49-72. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.001

PDF(2466KB) ( 1065 )

温稠密物质 (Warm Dense Matter, WDM) 是介于凝聚态物质和等离子体之间的一种过渡状态的物质，也是行星物理、实验室天体物理和惯性约束聚变等高能量密度物理领域的前沿科研方向。温稠密物质的量子效应显著，具有部分电离、强耦合、电子简并和热效应等重要的物理性质，因此需要采用量子力学的基础理论来描述。近年来，基于量子力学的第一性原理计算模拟方法发展迅速，逐渐成为了深入理解温稠密物质性质的有效工具。一方面，直接将凝聚态物理和材料科学中广泛适用的第一性原理方法应用于温稠密物质面临着巨大的挑战，特别是在宽温区和极端高压等极端条件下，需要不断改进现有的第一性原理算法和软件。另一方面，基于机器学习的分子动力学方法发展迅速，也给温稠密物质模拟带来了新的工具。在这篇综述中，我们首先回顾了适用于温稠密物质模拟的传统第一性原理方法，包括 Kohn-Sham 密度泛函理论方法和无轨道密度泛函理论方法。其次，我们介绍了近年来发展的新方法和软件，例如改进的第一性原理方法和随机密度泛函理论方法，后者已在国产开源密度泛函理论软件原子算筹 (ABACUS) 中实现。以上新方法可以显著提升温稠密物质的计算规模和效率，从而提升温稠密物质的结构、动力学和输运系数等性质的计算精度。

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卤化物钙钛矿金属位铋离子掺杂的调控研究进展

黄小芮, 孙悦, 贺圣荣, 邢军

2024 (2): 73-95. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.002

PDF(8816KB) ( 1411 )

高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池目前正从实验室研发向工业生产转型，并在未来全球能源领域展示了其不可估量的应用价值。为了实现高性能的金属卤化物钙钛矿太阳能电池，钙钛矿材料作为有源工作层，其性能的提高和优化过程经过了十几年，并已取得巨大的进步。本文以高性能卤化物钙钛矿中金属位铋离子掺杂的调制研究为重点，系统总结了卤化物钙钛矿薄膜的发展和常规制备工艺。研究表明，三元阳离子钙钛矿可以抑制黄相的形成、改变晶粒尺寸、提高稳定性等特点，成为未来高性能钙钛矿光电器件的首选。文章还对铋离子 (Bi3+) 掺杂钙钛矿体系进行了讨论，研究发现 Bi3+ 的特殊电子结构和无毒化学性质，不仅能够提高钙钛矿的稳定性，还能灵活调控钙钛矿的光电性能，从而实现铋离子掺杂的高性能钙钛矿太阳能电池。结合目前卤化物钙钛矿太阳能电池的研究现状，我们可以预见在未来的器件优化过程中，可以将铋离子掺杂策略与三元混合阳离子钙钛矿相互结合。最后，我们展望了实现高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池的几个潜在研究方向。

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纳米 CMOS 器件中热载流子产生缺陷局域分布的表征

马丽娟, 陶永春

2024 (2): 97-101. DOI: 10.13725/j.cnki.pip.2024.02.003

PDF(436KB) ( 471 )

本文针对纳米小尺寸 CMOS 器件，提出了一种根据表面势模型表征热载流子产生电荷陷阱和界面态局域分布的方法。热载流子注入 (Hot Carrier Injectione, HCI) 应力会在栅氧化层和 Si/SiO2 界面中产生电荷陷阱和界面态，随着应力时间递增，这些缺陷的增多引起阈值电压等器件参数的漂移，在漏致势垒降低 (Drain Induced Barrier Lowering, DIBL) 效应下，可以选取表面势最大值处的阈值电压偏移量来表征沟道相应位置处 HCI 致电荷陷阱和界面态。研究发现，通过测量施加 HCI 应力前后器件阈值电压偏移量随源/漏极电压的分布，结合表面势模型计算出源/漏极电压随沟道表面势峰值的分布，可以得到 HCI 致电荷陷阱和界面态沿沟道的局域分布。利用此方法，精确地表征了在 32 nm CMOS 器件中 HCI 应力引起的电荷陷阱和界面态沿沟道的分布，并进一步分析了 HCI 效应的产生机理。

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