Modeling of optical amplifier waveguide based on silicon nanostructures and rare earth ions doped silica matrix gain media by a finite-difference time-domain method: comparison of achievable gain with Er3+ or Nd3+ ions dopants
在波导光放大器的增益实现进行了比较研究，其有源层是由含有硅纳米颗粒作为敏化剂的钕离子（Nd 3+）或铒离子（Er 3+）的二氧化硅基质构成。由于布居能级特征时间（ms）和有限差分时间步长（10 ~ 17 s）之间存在较大差异，传统的辅助微分方程时域有限差分（ADE-FDTD）方法不适合处理此类系统。因此，提出了一种新的基于ADE-FDTD方法的双环算法来模拟这种波导光放大器。我们调查的稳定状态制度的稀土离子和硅纳米粒子的水平人口以及不同的泵浦功率范围从1到10 - 4 mW.mm-2的电磁场。此外，在此泵浦范围内，每单位长度可获得的增益的三维分布已被估计。掺Nd 3+波导在1064 nm处的单位长度总增益（达30 dB·cm-1）比掺Er 3+波导在1532 nm处的单位长度总增益（达2dB·cm-1）高。考虑到这些波导上的实验背景损耗，我们证明了一个显着的正净增益只能与Nd 3+掺杂波导实现。所开发的算法是稳定的，适用于具有宽范围的特征寿命的发射器的光学增益材料。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Evidence of Silicon Band-Edge Emission Enhancement When Interfaced with SiO$_{2}$:Er Films
用掺铒溶胶-凝胶薄膜涂覆晶体硅，使其室温带间（1.067 eV）红外发射提高了近两个数量级。对于在700 $^{\circ}$ C下退火的样品，来自涂覆和退火的p-Si的声子辅助的带间发射最强。在本文中，从带边复合活动的发射带的起源的证据成立。自由载流子的辐射复合的增强是由于退火的溶胶-凝胶沉积的二氧化硅在界面处的应力引起的。与其他应变硅样品的比较研究。
2016-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Narrow magneto-optical transitions in Erbium implanted silicon carbide-on-insulator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究展示铒掺杂硅碳化物基板具有窄磁光跃迁，通过高分辨率共振光谱和低温光谱空洞燃烧技术，揭示了亚兆赫均质线宽，并识别出最佳稳定发射体的两个晶格位，确立了该平台作为芯片级量子网络的稳健可扩展平台。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Purcell enhancement of erbium ions in TiO$_{2}$ on silicon nanocavities
具有光通信跃迁的孤立固态原子缺陷是长距离量子通信网络中理想的量子光子发射源和自旋量子比特。原型电信缺陷，如铒遭受差的光子发射率，需要使用谐振光学腔的光子增强。许多传统的铒离子主体不适合与现有的集成光子平台直接结合，限制了基于量子位的器件的可扩展制造。在这里，我们提出了一种可扩展的方法，通过使用掺铒钛白薄膜上的绝缘体上硅衬底上生长的CMOS兼容的电信量子比特。从这种异质结构，我们已经制造了一维光子晶体腔，表现出超过$5\times10^{4}$和相应的Purcell增强的铒合奏超过200的光发射率的品质因数。这种易于制造的材料平台代表了在与成熟硅技术兼容的可扩展量子位架构中实现电信量子存储器的重要一步。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Influence of the magnetron power on the Er-related photoluminescence of AlN:Er films prepared by magnetron sputtering
研究了磁控管功率对室温下生长的掺铒AlN薄膜的1.54 $μ$ m红外光致发光强度的影响。F.磁控溅射，已研究。在（001）硅衬底上沉积了AlN：Er薄膜。该研究提出了两个铒掺杂水平（0.5和1.5原子%）与相同的溅射参数制备的纳米晶化样品的相对光致发光强度。其次是透射电子显微镜的微晶作为一个功能的功率的结构演变。1引言一段时间以来，稀土（RE）掺杂半导体杂质半导体在光电子技术领域具有重要的潜在应用。该技术兴趣的一部分依赖于RE离子的屏蔽4f能级，因为它们产生尖锐且强的发光峰[1-5]。在RE元素中，由于Er离子可以在558 nm处产生可见光，因此Er优于其对应物（绿色，原色之一）和1.54 $μ$ m的红外光，其光谱区域与二氧化硅基光纤吸收光谱中的主要低损耗区域一致，结合了对于光子器件和对于在红外域中操作的光通信器件的潜在应用。然而，这些令人感兴趣的排放只有在被置于宿主基质中时才能被利用。一方面，内部4f能级的屏蔽防止了RE 3+能级的移动，并确保了频率发射的稳定性。此外，4f内跃迁是奇偶禁止的孤立离子。基质可以使Er 3+离子的光学活性，通过放松的选择规则，由于晶场效应。由于硅基材料在20世纪60年代至90年代进行了测试，没有明显的工业成功，
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strongly enhanced upconversion in trivalent erbium ions by tailored gold nanostructures: toward high-efficient silicon-based photovoltaics
子带隙光子的上转换是提高硅基太阳能电池效率的一种有前途的方法。通过三价铒离子的1500至980 nm的上转换非常适合于此目的，但是小的吸收截面阻碍了实际应用。我们采用定制的金纳米结构，大大提高了铒掺杂TiO $_2$薄膜的上转换效率。利用拓扑优化和参数优化找到纳米结构，并通过电子束光刻制备。在定性与理论模型的一致性，样品显示出大量的电场增强内的上转换膜激发在1500 nm的s-和p-偏振下的入射角和激发强度的宽范围内。在1.7 Wcm $^{-2}$的激发强度下观察到913（51）的前所未有的上转换增强。我们推导出一个半经验表达式的光子增强的上转换效率，有效的所有激发强度。这使我们能够确定通过光子增强上转换实现现实世界的太阳能电池设备的显着改善所需的上转换特性。
2019-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-blinking single-photon emitters in silica
用于单发射体光谱的样品通常通过在硅酸盐基玻璃（例如石英）的显微镜盖玻片上旋涂发射体的稀溶液来制备。在这里，我们表明，硼硅酸盐玻璃和石英含有内在缺陷的颜色中心，在532 nm激发时发出荧光。在显微镜图像中，缺陷发射与旋涂发射器无法区分。发射光谱的特征在于多个峰，最有可能是由于耦合到具有160-180 meV能量的二氧化硅振动。这些缺陷是单光子发射体，不闪烁，光致发光寿命为几纳秒。来自这种缺陷的光致发光以前可能被误解为起源于单量子点。
2015-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Erbium Silicide Growth in the Presence of Residual Oxygen
研究了高真空蒸发和快速热退火非原位生长的Ti/Er/n-Si（100）叠层的化学变化。重点研究了退火温度对Er-Si固态反应和氧向Ti中渗透及其与Er相互作用的影响。为此，分析了三种类型的试样：沉积态、在300°C下退火和在600°C下退火。结果发现，残留的氧气进入退火气氛的存在下，导致在一个实质性的氧化的Er膜表面，无论退火温度。然而，Er膜与Si块体紧密接触的部分形成了总是不含氧的硅化物（在300°C下为非晶，在600°C下为结晶），如通过X射线光电子能谱学深度分布和在600°C下0.3 eV的肖特基势垒高度提取所证明的。这证明，即使Er对氧污染高度敏感，在n-Si上形成低肖特基势垒Er硅化物接触也是相当稳健的。最后，在工艺优化后，生产剥离无氧硅化铒。
2011-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Flat band and Lifschitz transition in long-range ordered supergraphene obtained by Erbium intercalation
无色散能带是一种特殊的性质，随着新的光、磁、电性质的出现而受到越来越多的关注。在这里，我们报告的石墨烯超结构的n-掺杂的Lifshitz过渡，并表现出一个平坦的带，通过有序的铒插入单层石墨烯和SiC（0001）之间获得的第一个观察。STM实验揭示了大的石墨烯区域，其特征在于具有1.40 nm的晶格参数的长程有序的六方超结构，相对于原始晶格旋转19度。角分辨光电子能谱学测量表明，该石墨烯结构表现出具有完美线性色散的狄拉克锥，以及在费米能级下的-1.72 eV +/-0.02处的狄拉克点，这是仅通过插层获得的最高掺杂水平之一。费米面测量表明，已经达到了Lifshitz转变，并在M点附近产生了宽的平坦带。我们认为这种能带结构的改变是诱导的自旋-轨道耦合的结果。这个系统提供了一个操场，研究一个新的磁介导的π带状态之间的相互作用，并在费米能级的发散态密度。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Laser-induced anti-Stokes fluorescence cooling of ytterbium-doped silica glass by more than 6 Kelvin
固体的激光冷却是在相干激光照射材料时实现的，并且热量通过产生的反斯托克斯荧光提取。在过去的一年中，净固体激光冷却首次在掺镱石英玻璃中在体样品和光纤中得到成功证明。在这里，我们将以前发表的结果提高了一个数量级，并报告了低于环境温度的6K以上的冷却。这一结果是迄今为止我们所知的石英玻璃的固体激光冷却中达到的最低温度。我们提出的细节上进行的实验，使用20 W的激光器在1035 nm波长和温度测量使用热摄像机和差分发光测温技术。
2020-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Development of a Scalable Quantum Memory Platform -- Materials Science of Erbium-Doped TiO$_2$ Thin Films on Silicon
稀土离子（REI）已经成为固态量子比特的一个有吸引力的候选者，特别是作为量子存储器。它们的4f-4f跃迁被填充的5s和5 p轨道屏蔽，提供一定程度的保护免受外部电场的影响。嵌入在薄膜氧化物主体内，REI可以实现具有显著存储能力的量子位平台。此外，硅兼容薄膜形状因子将使得能够使用标准半导体制造工艺来实现功能量子网络的基于芯片的可集成性和可扩展性。为了实现这一目标，我们已经进行了掺铒多晶和外延TiO $_2$薄膜在Si（100），r-蓝宝石，和SrTiO $_3$（100）的光学和微观结构的研究。我们观察到的Er光致发光的非均匀的光学线宽是可比的或更好的多晶Er：TiO $_2$（生长在Si上）相比，单晶外延膜上的蓝宝石或SrTiO $_3$，这意味着相对不敏感的扩展缺陷。我们研究了薄膜/衬底和薄膜/空气界面的影响，发现通过未掺杂TiO $_2$的底部缓冲层和顶部覆盖层，可以显著改善非均匀线宽和光谱扩散。利用这种方法，我们在Er：TiO $_2$ /Si（100）薄膜中获得了5.2 GHz的非均匀线宽和180 MHz的光谱扩散，并证明了这些薄膜中量子相关性质的工程化可行性。
2022-02-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultraviolet luminescence of polycyclic aromatic hydrocarbons in partially consolidated sol-gel silica glasses
研究了干凝胶固结成致密玻璃过程中溶胶-凝胶法制备的石英玻璃的光致发光和拉曼光谱。在3 eV - 4 eV范围内发现了许多紫外光致发光带，这在未暴露于碳化合物的纯石英玻璃中是没有观察到的。这种PL带，其中一些表现出不同的振动结构在室温下，已持续报道在各种高表面多孔或纳米颗粒形式的二氧化硅。根据它们的光谱形状和衰减动力学性质，在3.7-3.8 eV和3.1-3.3 eV区域的结构化PL带分别被分配给多环烃、萘和芘，它们是由正硅酸乙酯水解产生的乙醇分子形成的。这些数据支持了碳掺杂二氧化硅的PL活性可能与嵌入的芳族碳基团有关的假设。
2021-09-03 cond-mat.mtrl-sci
A comparison of syntheses approaches towards functional polycrystalline silicate ceramics
本研究旨在阐明功能性硅酸盐陶瓷的加工途径，这些陶瓷在各种新兴应用中显示出一定的前景，包括生物相容性和生物活性植入材料。采用三种不同的技术合成了Neso、Soro和Inosilicate族的多晶硅酸盐陶瓷：（i）共沉淀法，（ii）改进的溶胶-凝胶法和（iii）标准固态反应。共沉淀样品显示出增加的烧结和致密化行为相比，溶胶-凝胶和固态方法，在烧结过程中的直径收缩值分别为28.8%，13.3%和25.0%。在这些陶瓷中的良好控制的相形成是最容易实现的通过空间捕获的阳离子和更短的扩散途径所提供的改性Pechini型溶胶-凝胶法。在顽火辉石样品中用Zn 2+取代Mg 2+，发现在冷却过程中增强了正顽火辉石的形成，否则这是非常缓慢的。我们提出的合成方法，考虑不同的功能硅酸盐陶瓷的相形成和微观结构的要求的设计准则。
2022-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Nano Imprint Lithography on Silica Sol-gels: a simple route to sequential patterning
自S.Y. Chou等人[1]纳米压印光刻（NIL）已成为一种有前途的表面图案化技术，可用于从纳米光子学[2]到微流体[3]的众多应用。NIL基本上包括可变形表面或薄膜的冲压。优选的材料是热塑性塑料[4]和UV固化抗蚀剂[5]。到目前为止，大多数论文报道了单一的印迹方法，即同一表面只印迹一次。在本文中，我们报告了从简单的线光栅的方形二氧化硅结构的压印，并演示了如何利用ICSG抗蚀剂的特定热流变行为，在低压下通过顺序压印形成复杂的结构。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Environmentally friendly method of silicon recycling: synthesis of silica nanoparticles in an aqueous solution
未来几十年将经历来自各种来源的大量硅废物，没有可靠的回收途径。将大块硅转化为SiO2纳米颗粒对环境具有重要意义，因为它提供了一种回收残余硅废物的方法。为了满足硅回收的需求，我们开发了一种自上而下的方法，实现了100%的体硅转化为二氧化硅纳米粒子，其结果尺寸为8-50 nm。除了提升二氧化硅的潜力外，我们的方法还具有几个优点，例如简单性，可扩展性和可控的粒度分布。许多科学和制造领域，如光学、光子学、医学和机械应用，都需要尺寸可控的二氧化硅纳米颗粒制造。我们证明，控制温度和水解时间的平均粒径和分布形状有显着的影响。此外，我们解开的纳米粒子形成的过程中使用的理论成核模型和量子密度泛函理论计算。我们的研究结果为二氧化硅纳米粒子的制备提供了理论和实验基础，并为进一步的硅保护研究铺平了道路。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural and preliminary optical and microwave characterization of erbium doped CaMoO$_4$ thin films
本文研究在硅和 YSZ 衬底上生长的掺铒 CaMoO$_4$ 薄膜，通过分子束外延实现单相及外延单晶生长，并完成初步光学与微波表征，验证其作为 C 波段量子发射器的潜力。
2025-08-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Thermal conductivity changes across a structural phase transition: the case of high-pressure silica
通过第一性原理计算，我们调查的热性质的二氧化硅，因为它的演变，静水压力下，从stishovite相到氯化钙$_2$型结构。我们计算的热导率张量迭代求解线性化玻尔兹曼输运方程在很宽的温度范围内，使用此压力依赖的谐波和非谐波原子间耦合从第一原理。最值得注意的是，我们发现，在低温下，SiO $_2$显示在面内热导率和高度各向异性行为接近结构转变的一个大的峰值。通过分析声子对电导率的贡献，我们追溯了这些特征的起源。我们讨论了我们的结果在固体中的连续结构转变的一般背景下的影响，以及我们的结果二氧化硅的潜在地质利益。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optic Faraday effect in maghemite nanoparticles/silica matrix nanocomposites prepared by the Sol-Gel method
采用溶胶-凝胶法制备了不同氧化铁/二氧化硅比的γ-Fe_2O_3/SiO_2复合材料块体样品。氧化铁纳米粒子在样品的热处理和二氧化硅基质固结过程中原位获得。优化了制备方法，使反铁磁α-Fe_2O_3的含量最小，得到了尺寸约为2x 5x 12 mm ~ 3的平行六面体，具有良好的机械稳定性。RT磁化曲线显示非滞后行为。因此，磁化测量已经很好地拟合到一个表达式，该表达式将朗之万方程与附加的线性项相结合，表明一些纳米颗粒仍然是超顺磁性的，如通过X射线衍射和电子显微镜测量所证实的。零场冷却/场冷却实验示出了具有略微不同形状的曲线，这取决于给定组合物的纳米颗粒的尺寸和形状分布。磁光法拉第效应的测量结果表明，法拉第旋转与样品的磁化强度成正比，正如预期的。作为其传感可能性的证明，绘制了在消光角5°处测量的偏振光相对强度与施加的磁场的关系图。
2012-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of erbium crystal field splittings in oxide hosts: role of the 4f radial wave function
本文扩展一种从头算方法，利用杂化泛函、4f芯近似和晶体场系数计算多种氧化物中Er的4f能级，结果与实验吻合。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Silica Aerogel Thin Film on Improving Solar Cell Efficiency
本文研究常压合成的疏水性二氧化硅气凝胶薄膜作为减反射涂层，通过改善光捕获提升单晶硅太阳能电池的电荷传输与转换效率，验证了其经济有效地提高硅光伏性能的潜力。
2025-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Anticorrosion properties of silica-based sol-gel coatings on steel -- the influence of hydrolysis and condensation conditions
在本文中，我们提出了间接的方法来定义由（3-缩水甘油氧基丙基）甲基三乙氧基硅烷（GPTMS）和（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（ApTEOS），这是强烈依赖于在反应环境中使用的溶剂，如甲醇，乙醇，丙醇，丁醇和丙酮的性质形成的二氧化硅氧化物网络的水解和缩合反应的速率的变化。电子显微镜（SEM），聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB），和拉曼光谱研究的形态和结构的变化。采用紫外-可见分光光度计、润湿性测试、划痕测试和电化学测试（即塔菲尔极化和电化学阻抗谱（EIS））来分析所获得的二氧化硅涂层的功能变化。在甲醇环境中合成的涂层的极化电阻（Rp）几乎比在其他有机溶剂中合成的涂层大一个数量级。最大的厚度，近1.5 μ m，获得与乙醇基涂层。与其它涂层相比，需要几乎两倍大的力（接近11 N）来分离丙酮基涂层。丙醇和丁醇导致最终材料中产生的缺陷和降低的保护性能，并对溶胶-凝胶涂层下形成的腐蚀膜显示出统计学上的显著影响，特别是对于基于丙醇的涂层。没有观察到溶剂对用丁醇或丙酮制备的涂层厚度的统计学显著影响。
2023-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Role of defects in atom probe analysis of sol-gel silica
本文研究缺陷对溶胶-凝胶二氧化硅La-APT分析的影响，通过DFT计算表明紫外/深紫外激光下缺陷可增强光吸收并改善分析能力，但也可能引起成分偏差和分辨率下降。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
