電荷密度的案例
王中林院士Nano Energy：電荷泵浦實現超高電荷密度摩擦納米發電機
【本文亮點】
（1）提出了一種浮置層結構，可以積累并束縛超高密度電荷，用于靜電感應
（2）設計了一種電荷泵，可以持續地向浮置層中泵送電荷
（3）在普通環境條件下，基于浮置層結構和電荷泵的電荷自泵浦TENG集成器件實現了1020μC/m2的超高有效表面電荷密度
（4）這項工作提出了一個簡單而普遍的策略，可以大幅提高TENG的電荷密度以及輸出
【引言】
摩擦納米發電機（triboelectric nanogenerator, TENG）的工作原理基于摩擦起電及靜電感應效應。表面電荷密度對于摩擦納米發電機的性能至關重要。一般而言，TENG的輸出功率與表面電荷密度呈二次方關系。在一定的接觸或摩擦強度下，電荷密度主要受限于兩個方面的因素：一是具有一定表面形貌的摩擦材料配對的摩擦起電能力，二是由氣隙擊穿引起的電荷損失。現有已提出了基于材料選擇、表面改性、結構優化或環境控制等多種方法以提高電荷密度，但是這些方法仍存在著很多方面的限制，在電荷穩定性上還存在問題，或在封裝等方面提出了較高的要求。
【成果簡介】
近日，在中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、佐治亞理工學院校董教授王中林院士和張弛研究員（共同通迅作者）的帶領下，許亮博士和布天昭等人組成的研究團隊為提高TENG器件的電荷密度，設計了一種具有浮置層結構和電荷泵浦能力的電荷自泵浦摩擦納米發電機（self-charge-pumping triboelectric nanogenerator, SCP-TENG）器件。所設計的浮置層結構可以積累并束縛超高密度電荷，并產生靜電感應效應，電荷泵浦可以持續地向浮置層中泵送電荷，基于兩者的SCP-TENG器件在普通環境條件下，實現了1020μC/m2的超高有效表面電荷密度，達到了空氣擊穿電荷密度閾值的4倍左右，創造了新的電荷密度記錄。
展開 浙大《AFM》：調節納米流體膜電荷密度，獲得創紀錄高功率輸出！
因此，提高膜的滲透選擇性是至關重要的，離子密度是最關鍵的因素之一。
來自浙江大學和北得克薩斯大學的學者系統地研究了納米流體膜中的電荷如何影響離子電荷分離，從而影響伴隨的功率密度。為了建立這種關系，采用多元策略將離子密度等與孔結構的影響解耦，構建了基于共價有機骨架的膜，其中離子中心的含量可以精確地控制在0到0.18C m-2之間，這是一個很少被實驗探索的范圍。在報告的區域(0.002-0.06C m?2)以外，隨著膜表面電荷密度的增加，膜對滲透的選擇性增強，滲透電壓增大，觀察到一條陡峭的火山狀曲線。最優的膜在膜系統中創造了創紀錄的高功率輸出，比商業化設定的值高出一個數量級。這項研究提供了膜離子密度對滲透能量收集的影響的見解，可以促進基于自然鹽度梯度的可持續能源的產生。
展開 南科大劉奇航＆科羅拉多大學PRL：Kagome量子自旋液體的電子摻雜在帶隙中產生局域態
【圖文簡介】
圖一
ZnCu3(OH)6BrF
的結構與摻雜后的態密度
（a）P63/mmc ZnCu3(OH)6BrF的kagome晶體結構圖
（b）HSE06計算未摻雜的ZnCu3(OH)6BrF，橙色曲線代表一個Cu2+離子的投影態密度
（c）HSE06計算一個電子采用非化學摻雜進入144個原子的超原胞中的態密度，橙色曲線代表通過摻雜所得Cu1+極化子的投影態密度
（d）最高占據態的極化子電荷密度（黃色）等值面
圖二 修正DFT得到的電子摻雜ZnCu3(OH)6BrF的態密度與電荷密度
（a，c）未修正的非化學法摻雜一個電子的ZnCu3(OH)6BrF的態密度費米能級處的電荷密度
（b，d） 修正參數λe=2 eV的非化學法摻雜一個電子的ZnCu3(OH)6BrF的態密度和極化子最高占據態的電荷密度
圖三 修正參數對于電子摻雜
ZnCu3(OH)6BrF
效果的影響
（a）對于電子摻雜的ZnCu3(OH)6BrF，Cu的Cu-O鍵長和磁矩與修正參數λe的函數關系
（b）Koopmans定理關于選取修正參數λe的函數關系
圖四 修正DFT在Nd
2
CuO
4
體系中的應用
（a）在λe=2 eV、Nd2CuO4的電子摻雜濃度為12.5%時Cu和O（分別是橙色和藍色）的計算態密度（黑）和投影態密度
（b）最高占據態（EF以下）的電荷密度表明極化子重疊（綠色圈）
（c）沿著特定線的電荷密度，虛線表明1D電荷密度的最小值，對應的極化子直徑為6.4 ?
【小結】
研究人員證明了一系列
展開 基于VASP的電子結構深度解析
差分電荷密度、d帶中心與COHP分析在材料設計中的應用
左七七
關鍵詞：VASP；差分電荷密度；d帶中心；COHP分析；材料設計
在催化科學、能源儲存與轉化、半導體器件和新能源材料研發領域，理解材料的電子結構是優化其性能的核心。差分電荷密度（Differential Charge Density）、d帶中心理論（d-Band Center）與晶體軌道哈密頓布居（Crystal Orbital Hamiltonian Population, COHP）作為量子尺度的重要分析工具，可直觀揭示化學鍵形成機制、電荷轉移路徑及催化活性位點特性，為材料理性設計提供理論基石。傳統實驗手段難以直接觀測原子尺度電荷分布與軌道相互作用，而基于密度泛函理論（Density Functional Theory，DFT）的第一性原理計算成為破局關鍵。VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）作為國際公認的電子結構計算權威軟件，在以下場景中展現獨特優勢（功能還有很多，這里只做部分介紹）（可視化軟件使用開源軟件VESTA，界面如圖1所示）：
1. 差分電荷密度：通過計算吸附/解吸附過程的電荷的轉移，可以直觀看出材料分界面處的電荷的得失（如圖2、圖3、圖4所示）。當然，如果需要定量的計算，我們也可以通過計算Bader電荷得出相應結論。以此評估材料之間微觀的相互作用。
2. d帶中心理論：關聯過渡金屬d電子態與吸附能強度，定量預測催化活性；
3. COHP分析：量化化學鍵強度與軌道貢獻（例如預測氧還原反應中金屬原子與反應中間體的鍵合強度，如圖5、圖6所示）。通過成鍵態和反鍵態貢獻的對比，評估中間體的吸附強度，有效地指導實驗研究。
圖1 VESTA軟件操作界面圖。
展開 
COMSOL 軟件 5.4 版本新增“薛定諤-泊松方程“多物理場接口
“薛定諤方程”特征態的概率密度的加權和使“靜電”中的空間電荷密度增大。此接口支持所有空間維度，包括一維、一維軸對稱、二維、二維軸對稱以及三維。
求解薛定諤-泊松系統
薛定諤-泊松系統的特殊之處在于，靜電分析需要穩態研究，而求解薛定諤方程需要特征值研究。為了求解雙向耦合系統，我們對薛定諤方程和泊松方程進行迭代求解，直到獲得自洽解。迭代過程包含以下步驟：
第 1 步
為了提供良好的初始迭代條件，求解泊松方程
(1)
從而計算出電勢 ，其中 是介電常數， 是空間電荷密度。
在這一初始化步驟中， 取自實變元的最佳初始估計值；比如 Thomas-Fermi 近似的值。
第 2 步
上一步獲得的電勢 對薛定諤方程中的勢能項 有所貢獻
(2)
為載體粒子的電荷，其計算公式為
(3)
其中 是電荷數， 是元電荷。
第 3 步
利用基于 Eq. 2 推導出的新勢能項，對薛定諤方程進行求解，得到一組特征能量 和一組對應的歸一化波函數 。
第 4 步
利用概率密度的加權和，計算粒子密度分布
(4)
其中，權重 是通過對平面外連續狀態下的費米-狄拉克分布進行積分而計算出來的（因此取決于模型的空間維度）。
(5)
(6)
(7)
其中， 為河谷形狀簡并因子， 是費米能級， 是玻爾茲曼常數， 是絕對溫度， 是狀態有效質量的密度， 和 是費米-狄拉克積分。
為簡單起見，Eq. 4 的加權和只包含一個用于求和的索引 。當然，求和可以包含多個索引。比如本文的納米線模型計劃對角量子數和（每個角量子數對應的）特征能級進行求和。
第 5 步
對于給定的粒子密度分布 ，我們重新計算空間電荷密度 ，并重新求解泊松方程，由此獲得新的電勢分布 。
展開 用VASP求硅的電子態密度和能帶
本文介紹用VASP如何求硅的電子態密度和能帶，共分為如下5個部分：
(1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
(2). 優化晶格參數,求出能量最低所對應的晶格參數
(3). 固定晶格參數, 求出能態密度(DOSCAR), 確定費米能量
(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽計算,得到輸出文件EIGENVAL
(5). 提取數據,畫圖
(1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS
(2). 優化晶格參數,求出能量最低所對應的晶格參數
運行VASP程序, 查看SUMMARY.fcc輸出文件:
(3). 固定晶格參數, 求出能態密度(DOSCAR), 確定費米能量
(i) 找到平衡晶格常數后, 把該值寫入到POSCA件中,并增加K點數作一個離子步自洽計算(NSW = 0, IBRION = -1) .
(ii) 從DOSCAR輸出文件中讀出態密度和費米能級,費米費米能級也可從OUTCAR中讀出.
(4). 做非自洽計算, 求電子結構
? 修改INCA件: 將參數ICHARG設為 11
? 修改KPOINTS輸入文件
? 運行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結構
畫出電荷密度
? VASP輸出電荷密度文件CHGCAR
? 采用免費程序LEV00處理數據文件CHGCAR www.cmmp.ucl.ac.uk/lev
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展開 基于水性油墨《Small》3D打印分層結構的超分子聚合物液晶水凝膠
與pH 7相比，對于E3，其強度在pH 9時降低了大約一半，這表明在較高的電荷密度下，形成超分子聚合物的氫鍵鍵合單體的內部階次較少。相比之下，對于所有pH值，K3在1.34?
-1處都有一個WAXS峰，對應于β-sheetd-間隔為4.68?（圖2l）。
考慮到使用CG-MD模擬成功復制了E3和K3纖維中自組裝趨勢，然后作者開發了多纖維模擬，以確定超分子聚合物之間的相互作用能隨電荷密度的變化而變化。對于這些研究，將兩根預組裝的光纖放在相互作用距離內（表面在1 nm內）放在同一仿真框中，并使其平衡10 μs（圖3a）。不出所料，PA表面較高的電荷密度導致E3和K3的電荷排斥力增加，兩條光纖之間的距離增大（圖3b）。有趣的是，當電荷在平衡后的相互作用距離內時，在等效電荷密度下，K3纖維之間的平均距離小于E3纖維。通過計算兩條纖維之間的相互作用能，作者發現較低的電荷密度（例如+/-1與+/-1.5相比）會導致纖維間親和力增強一個數量級以上（圖3c）。
圖3光纖相互作用的CG-MD模擬。
2.3離子交聯可精確控制長絲尺寸
為了精確地在表面上構圖并構建自立式水凝膠，PA墨水在離開擠出噴嘴時必須迅速凝膠化以防止擴散。通過用鹽溶液噴涂印刷基材來實現此目的，以使油墨與基材接觸后觸發離子交聯。作者選擇使用E3 pH 7和K3 pH 7墨水，因為它們具有最高的粘度，因此可以在擠出過程中進行最大程度的控制。
2.4通過打印參數控制納米纖維排列
為了優化PA納米纖維在擠出水凝膠中的排列，作者使用印刷凝膠的2D SAXS模式對它們的纖維軸各向異性進行了表征。作者在具有不同噴嘴直徑和打印速度的CaCl
2涂層基材上印刷了E3納米纖維凝膠，以測試剪切速率如何影響納米纖維排列。
展開 關于第一性原理在材料理論計算方面的作用
第一原理計算軟件開展的工作，分析結果主要是從以下三個方面進行定性/定量的討論： 1、電荷密度圖（charge density）； 2、能帶結構（Energy Band Structure）； 3、態密度（Density of States，簡稱DOS）。
電荷密度圖是以圖的形式出現在文章中，非常直觀，因此對于一般的入門級研究人員來講不會有任何的疑問。唯一需要注意的就是這種分析的種種衍生形式，比如差分電荷密圖（def-ormation charge density）和二次差分圖（difference charge density）等等，加自旋極化的工作還可能有自旋極化電荷密度圖（spin-polarized charge density）。
所謂“差分”是指原子組成體系（團簇）之后電荷的重新分布，“二次”是指同一個體系化學成分或者幾何構型改變之后電荷的重新分布，因此通過這種差分圖可以很直觀地看出體系中個原子的成鍵情況。通過電荷聚集（accumulation）/損失（depletion）的具體空間分布，看成鍵的極性強弱；通過某格點附近的電荷分布形狀判斷成鍵的軌道（這個主要是對d軌道的分析）。
分析總電荷密度圖的方法類似，不過相對而言，這種圖所攜帶的信息量較小。能帶結構分析現在在各個領域的第一原理計算工作中用得非常普遍了。但是因為能帶這個概念本身的抽象性，對于能帶的分析是讓初學者最感頭痛的地方。關于能帶理論本身，我在這篇文章中不想涉及（有興趣的讀者可以參考黃昆先生的固體物理），這里只考慮已得到的能帶，如何能從里面看出有用的信息。首先當然可以看出這個體系是金屬、半導體還是絕緣體。判斷的標準是看費米能級和導帶（也即在高對稱點附近近似成開口向上的拋物線形狀的能帶）是否相交，若相交，則為金屬，否則為半導體或者絕緣體。
展開 南航郭宇鋒Nano Energy: “雙面神”過渡金屬硫族化合物雙層中的摩擦壓電性
在d = 0.96nm（a，b）和d = 0.93nm（c，d）時，A-B和A-A堆疊MoSSe雙層電荷密度差分圖（以0.01 e/?3為單位）的2D投影。原子表示與圖1中的相同。
圖4. MoSSe雙層的平均電荷密度差、感應電荷及電壓生成示意圖。
（a）AB堆疊和（b）AA堆疊的MoSSe雙層的頂部和底部MoSSe單層的S層和Se層之間的平均電荷密度差（以0.001 e/?3為單位）與層間距離變化曲線。（c，d）與具有相同層間距離的（c）A-B堆疊和（d）A-A堆疊MoSSe雙層頂表面和底表面接觸的電極產生的感應電荷和電壓示意圖。
圖5. A-A堆疊MoSSe雙層的靜電電勢差隨層間距離變化曲線。
相（a）A-A堆疊MoSSe雙層的表面Se和底部S層之間的靜電電勢差隨層間距離變化曲線。插圖給出了估算的A-B和A-A堆疊MoSSe雙層頂表面和底表面之間產生的電壓。（b）各種Janus TMD雙層在不同層間距離下最大極化改變（以pC/m為單位）隨最大滑動能壘（以meV為單位）變化曲線。
圖6. Janus TMD雙層摩擦壓電的工作原理示意圖。
其中壓滑運動由探針針尖或下面的電極基底運動操縱。探針和電極分別用灰色和青色表示。
【總結】
對于Janus TMD雙層，保持層間距離不變的面內層間滑動可以顯著提高離面壓電性。這種摩擦壓電效應起源于Janus TMD雙層從初始A-B堆疊狀態滑動到具有最大的離面壓電性的A-A堆疊狀態時所引起的摩擦能量的轉換，并且在層間滑動過程中不產生摩擦電荷。
展開 高強Janus三維多孔膜成為“藍色能源”的高效捕手
通過分子功能性精確設計，制備了一系列表面電荷極性/電荷密度可調的功能化聚芳醚的離子型聚合物。基于此，作者制備了系列Janus三維納米多孔膜，并將其利用于濃差發電，做“藍色能源”的納米轉化器。通過混合模擬海水和河水濃度的離子溶液，實現了2.66 W/m2的功率密度，并在更高濃差下實現了5.1 W/m2的高功率密度。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。這一成果以題為“Unique Ion-Rectification in Hypersaline Environment: A High-Performance and Sustainable Power Generator System”在線發表于Science Advances。(DOI: 10.1126/sciadv.aau1665 )。第一作者是吉林大學在讀博士朱軒伯。
該工作通過分子控制實現了對三維多孔膜孔隙率及電荷密度的調控，多孔膜的孔徑基本維持一致，并且通過簡單的方法實現系列Janus膜的大面積制備。該系列膜都表現出良好的離子選擇和整流性能，高的電荷密度打破了濃度對于整流的限制，避免了內部損耗，使得Janus膜在能差發電器件方面有非常不錯的表現。基于聚芳醚本身穩定的分子結構，Janus膜也展現出優異的穩定性。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。
這項工作已被新華社、科學雜志社亮點報道，且諸多國內外多家媒體對此工作進行評論，推進了在鹽差發電領域對于限域空間內離子傳輸和功能化聚芳醚材料設計的基本理解，拓寬了功能化特種工程高分子的應用前景，為設計和制備新型、高效的可持續清潔能源器件奠定了基礎，展現出巨大應用潛力。
【圖文簡介】
Figure 1. Janus膜的制備和結構示意圖。
展開 《AM》賓大張圭貞/王青、武漢理工陳文：水凝膠離子二極管用于獲取超低頻機械能
由于嵌入的碳納米管和銀納米線電極提高了離子整流率，水凝膠離子二極管在 0.01 Hz 時表現出 ≈5 mW cm
-2
的功率密度和 ≈4 mC cm
-2
的電荷密度，優于電流幾個數量級的能量收集裝置。展示了自供電水凝膠離子二極管在觸覺傳感、壓力成像和觸摸板中的應用，傳感限制低至 0.01 kPa。這項工作有望為電子和能源設備中基于離子電流的離子電子學開辟新的機會。相關論文以題為
Hydrogel Ionic Diodes toward Harvesting Ultralow-Frequency Mechanical Energy
發表在《
A
dvanced Materials
》上。
【主圖導讀】
圖1
a) 水凝膠離子二極管的示意圖。b）自供電水凝膠裝置（頂部）和模制水凝膠納米復合材料的照片。c,d) 含有 PSSNa (c) 和 PDACl (d) 的水凝膠納米復合材料的 SEM 圖像。插圖：離聚物結構。
圖2
a) 在初始狀態或應力減小和機械釋放狀態下，圖示顯示了離子二極管的電氣行為和響應，包括電位圖。b) 離子二極管中 Na
+
和 Cl
-
的定量濃度分布，c) 空間電荷密度，以及 d,e) 在初始和釋放狀態下模擬的離子二極管內的電位梯度。f) 在外部機械應力下，帶電路電荷流動的離子二極管的電狀態原理。g) 離子二極管中 Na
+
和 Cl
-
的濃度分布，h) 空間電荷密度，以及 i,j) 在應力狀態下計算的離子二極管內的電位分布。
圖3
a-c) 具有正向連接 (a) 的能量收集測量示意圖，用于電位電壓 (b) 和電流密度 (c) 信號。
展開 
江雷院士團隊Joule：實現仿生納米多孔膜高效捕獲“藍色能源”
近年來，具有豐富表面電荷的二維材料（氮化硼[BN]、MoS2和氧化石墨烯[GO]）在輸出功率密度方面表現出巨大潛力。這些具有分子級厚度的薄片表面電荷密度高（達～1 C/m-2），可增強離子流和離子選擇性。然而，此類材料的工業化生產卻充滿挑戰，其中主要影響因素有以下幾點：
離子選擇性
離子交換膜是RED技術的主要組成部分，離子通過離子交換膜定向遷移形成內電流。因此，選擇性是鹽度差能量收集的核心要素之一。膜表面電荷和孔徑都會影響陰陽離子的選擇性。一般來說，膜孔徑在亞納米或納米尺度，且表面電荷密度較大時，膜選擇性高。
滲透性
如前所述，亞/納米級孔可提高選擇性。然而，小尺寸孔徑會導致材料滲透性降低，從而影響輸出功率密度。一定程度上，選擇性和滲透性相互制約。選擇性決定了膜的功能，滲透性則極大影響膜的輸出功率密度。如何均衡這兩種性質是提高鹽差能收集效率的關鍵。目前，最先進的方法是制備厚度小于1微米的超薄膜。
高效能量轉換
膜與電解質界面附近的離子濃度增加時，膜表面電荷被反離子過度屏蔽。這種界面處的極化效應會削弱膜的選擇性，從而嚴重影響能量收集效率。
輸出功率密度
維持經濟穩定發展的最低工業輸出功率密度為5.0 W/m2。幾十年來，科學家們探索了一系列基于膜材料的能量收集技術。然而，如何提高功率密度仍是個技術難題。
非對稱仿生納米多孔膜促進能量轉換
電鰻可瞬間產生高達600伏特（V）和1安培（A）電流。
展開 AEM：滑移式電荷泵穩壓增流技術提升摩擦納米發電機性能
但是，早期的TENG受制于摩擦介電材料的表面電荷密度較低，靜電感應電流有限，輸出性能有待提高。為了提高表面電荷密度，通常的方法集中在材料選擇、表面改性、結構設計以及環境控制等方面，但性能提升有限。最近興起的電荷泵技術有望進一步提高TENG的輸出性能，然而，大多數的電荷泵技術都是基于輸出性能并不高的接觸分離式TENG且缺少必要的輸出管理電路。同時接觸分離式TENG需要較高的驅動頻率，其輸出的電壓/電流波形為脈沖形式，不利于實現電能的持續有效輸出。因此，探索新的電荷密度增強機制與方法具有重要的科學研究意義和工程應用價值。
近日，由中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士與清華大學機械工程系季林紅教授、程嘉副研究員領導的科研團隊提出了一種新型滑移式電荷泵技術可顯著穩定TENG的輸出電壓與提高輸出電流。該技術基于電荷泵的思想，利用滑移式可變電容器與固定電容間的電荷來回流動以對外輸出電能。通過電源管理模塊來提高可變電容器極板電壓以存儲更多電荷，同時降低輸出電壓并提高輸出電流。利用該電荷泵技術，輸出電壓的波動可降低63.9 %且輸出電流可提高43.4 %，同時實現了1328 μC m-2的表面電荷密度，可在低頻條件下持續供能468 LEDs、電子表和傳感器等小功率電子元器件。該技術對于探索提高TENG輸出性能的新型機制與方法具有指導和借鑒意義。相關研究論文以題為“Charge Pumping for Sliding-mode Triboelectric Nanogenerator with Voltage Stabilization and Boosted Current”于2021年5月18日在國際期刊《Advanced Energy Materials》上在線發表。
展開 基于Material Studio軟件使用第一性原理預測AlAs的晶格參數
可視化電荷密度
電荷密度可以從CASTEP Analysis工具獲取
從菜單欄里選擇CASTEP，然后選擇Analysis，或者從菜單欄選擇Modules | CASTEP | Analysis。選擇Electron density選項。
有提示消息說沒有結果文件可以獲得，所以需要指定結果文件。
在Project Explorer中，雙擊AlAs.castep文件。
這將把結果文件和分析對話框關聯起來，但是還需要指定一個3D Atomistic文件來顯示等位面。
在Project Explorer中，雙擊優化后的AlAs.xsd文件。從菜單欄選擇Build | Symmetry | Primitive Cell。
在CASTEP Analysis對話框上的Import按鈕現在是被激活了。
點擊Import按鈕
等位面疊加在結構上。
圖5－5 AlAs的電子密度等位面
可以從Display Style對話框來改變等位面的設置。
在3D視圖中右擊，從快捷菜單選擇Display Style，選擇Isosurface選項卡。
顯示sosurface選項卡。
圖5－6 Display Style對話框Isosurface選項卡
這里可以改變不同的設置。
在Iso-value文本框里，輸入0.1并按TAB鍵。
注意等位面如何改變。
向右移動Transparency滑塊。
隨著Transparency滑塊向右移動，等位面變得越來越透明。
按住鼠標右鍵并移動鼠標，以旋轉模型。
當模型旋轉時，等位面變成點狀顯示，以增加旋轉的速度。如果有速度很快的計算機，那么可以在Display Options對話框的Graphics選項卡上取消選擇Fast render on move復選框來禁用這一特性。
展開 Ansys Lumerical | 基于氮化物的微型LED
綜述
由于其高自發射亮度、高集成密度和更快的響應時間，uLED已成為下一代顯示器的絕佳候選者。基于氮化物的藍色uLED對于實現全彩uLED顯示至關重要。然而，非輻射重組機制和極化誘導的量子限制性斯塔克效應（QCSE）限制了它們的效率。數值模擬可以作為獲得對這些機制的物理洞察力并確定最佳設備運行條件的強大工具。在這個工作流程中，我們使用半耦合CHARGE和MQW求解器來模擬uLED，并演示材料極化對其帶圖和自發發射光譜的影響。
本例中模擬的uLED基于參考文獻[1]。uLED的結構圖如上所示。主動區是無參雜的單量子阱，2納米的In0.2Ga0.8N。兩側分別被N參雜的In0.02Ga0.98N與P參雜的Al0.3Ga0.7N包圍。
步驟1：從CHARGE模擬中提取載流子密度和電場分布
在第一步中，我們使用CHARGE求解器模擬uLED，該求解器自一致地求解漂移-擴散和泊松方程，以返回載流子密度和電場分布。我們進行了兩次模擬，第一次模擬不包括極化效應，而第二次模擬同時考慮了自發和應變誘導的極化。材料極化效應表現為表面電荷密度，使用表面電荷密度邊界條件應用于有源區域的界面。表面電荷濃度的值是通過腳本解決方案預先計算的。根據腳本中選定的電壓，場分布和載波密度保存在Lumerical數據文件（.ldf）中。
操作部分，已經在模型檔案GaNSQWLED_Piprek03ch9_v4_1D_polarized_QW.ldev中根據文獻設置好了材料、結構以及仿真對象。此模型我們用腳本plot_CHARGE_and_export.lsf來操控有無極化效應，就是控制兩個表面載子密度是否啟用。
展開 