喀斯特石灰土-灌丛系统主要养分含量分布特征研究---以贵阳花溪杨中石灰土-灌丛系统Ca、Mg、 K 、P���例

本论文通过对贵州贵阳花溪杨中喀斯特山区的植被调查与土壤样品分析, 研究土壤-植被中Ca、Mg、 K���P���布特征、变化规律及其影响因素，并在此基础上尝试Ca同位素的预处理研究，以期为喀斯特地区土壤-植被中Ca、Mg、 K���P���尤其是Ca）的生物地球化学循环研究奠定基础，同时为植被演替、物质循环研究和退耕还林还草的人工恢复提供植物自身的营养依据。本次研究取得如下认识： 1.受石灰岩母岩控制，土壤样品元素含量的特征为：CaO>MgO>K2O> P2O5。同一元素沿海拔变化有一定的相关性，并且相关性随元素的不同存在差异：随海拔高度的增加CaO含量有升高的趋势，而MgO 、K2O、Na2O含量都有所降低。表层土壤中K2O-Na2O含量正相关变化，CaO-K2O含量负相关变化。并且从土壤表层到底层在剖面-1中随深度增加，CaO、MgO、K2O含量升高，而P2O5的含量则有上升的趋势。土壤中元素的上述分布特征主要与石灰岩的风化成土作用过程中不同分化程度土壤Ca的淋失和来自高处的富钙雨水输入有关。 2.喀斯特生态环境富钙的这一特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和营养元素含量有很大影响。地貌部位、海拔高度对植物Ca、Mg 、K���P���量也有不同程度的影响。植物Ca、Mg 、K���P���量由高到低依次为：Ca > K > Mg >P���苔藓与其它植物比较， Ca、Mg、 K���P���含量都小于其它三类较高等的植物，这一现象与其自身的生物学特性有关：苔藓植物组织结构简单，不具备发达的输导组织，不具备真正的根系，不利于从土壤等基质中吸收营养。在、灌草、灌木、藤本三类植物营养元素之间Ca –P���量具有负相关变化，Mg –P���量具有正相关变化；在所分析的植物种，P- K���量变化呈正相关，并且植物叶片Ca/K���值随着P���量的增加而显著地以指数形式减小。这是因为植物体内的K���P���于Ca来说起着平衡离子（counter ion）的作用。 3. 生境中基岩裸露和土体浅薄的特点，极大地制约了喀斯特灌丛的发育，喀斯特生境的富含钙的特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和元素含量有很大的影响。但是杨中灌丛群落植物Ca、Mg、K���P���量和对应土壤CaO、MgO、K2O和P2O5含量相关性不明显。植物Ca、Mg、K���P���素虽主要来源于土壤，但因其含量受元素地球化学性质、植物种类、土壤元素对植物有效态的含量等因素的制约，而使植物元素含量和土壤元素的含量没有明显的相关性． 4.从Ca同位素的预处理研究来看，离子交换分离法对去除样品中的杂质效果较好。在以后测定过程中，有利于增强离子流稳定性和强度, 提高测量精度和准确度，与沉淀法相比较，此法适宜作为钙同位素样品的前处理方法。 关键词： 喀斯特 石灰土-灌丛系统 Ca、Mg、K���P���量分布 钙同位素 环境地球化学

Thermal Decomposition of 1,2-Dichloroethane in a Single-Pulse Shock Tube

在单脉冲激波管上,研究了1,2-二氯乙烷的热裂解.实验的激波条件为:温度区间1020 K���T＜1190 K, 压力: P=0.12 MPa,实验时间τ=0.5 ms;实验气体为1,2-二氯乙烷稀释于Ar气中(3.95 mmol/L).以4-甲基-1-环己烯作为对比速率法实验的内标物,用4-甲基-1-环己烯开环反应的速率常数k=1015.3exp(-33400/T) s-1,以及从其产物的浓度推定出实验温度.经激波加热后的实验气体的终产物用气相色谱分析出主要成分为C2H3Cl,指示出主要反应通道为β消去反应.如把所有产物C2H3Cl都归于β消去反应,则可推定出表观之反应速率常数k1a=5.0×1013exp(-30000/T) s-1.对于由C-Cl键断键反应引发的链反应的可能影响做了分析研究.用了一种简便分析可推知在实验的温度范围内的低端(1020 K)链反应的影响可以忽略,而在其高端(1190 K)链反应将给出10%的终产物C2H3Cl的附加浓度,获得真实的β消去反应速率常数则必须把这部分予以扣除.经过这样的校正之后,最后得到CH2ClCH2Clβ消去反应速率常数为k1c=2.3×1013exp(-29200/T) s-1.

Simulation of Coal Combustion by AUSM Turbulence-Chemistry Char Combustion Model and a Full Two-Fluid Model

An algebraic unified second-order moment (AUSM) turbulence-chemistry model of char combustion is introduced in this paper, to calculate the effect of particle temperature fluctuation on char combustion. The AUSM model is used to simulate gas-particle flows, in coal combustion in a pulverized coal combustor, together with a full two-fluid model for reacting gas-particle flows and coal combustion, including the sub-models as the k-epsilon-k(p) two-phase turbulence niodel, the EBU-Arrhenius volatile and CO combustion model, and the six-flux radiation model. A new method for calculating particle mass flow rate is also used in this model to correct particle outflow rate and mass flow rate for inside sections, which can obey the principle of mass conservation for the particle phase and can also speed up the iterating convergence of the computation procedure effectively. The simulation results indicate that, the AUSM char combustion model is more preferable to the old char combustion model, since the later totally eliminate the influence of particle temperature fluctuation on char combustion rate.

北京山区荆条灌丛生态系统研究--群落学，生物量，元素循环及稳定性特征

本文对北京怀柔汤河口、北京云蒙山、西山以及河北省石家庄地区元氏县的荆条灌丛的群落学特征及其生物量进行了较为详细的研究，并着重研究了汤河口、云蒙山、西山三个亲地的荆条群落的地球化学特征和元素循环特征，对西山的荆条群落中荆条叶片枯落物的分解过程进行了详细的比较研究，最后，对汤河口和西山的两个荆条灌丛的相对稳定性进行了探讨，并和昭田真的演替度进行了比较，期望对荆条灌丛的现况有个较全面和深入的了解，为合理的改造利用广阔的华北落叶灌丛提供理论依据。 本研究设置了四个样地。样地1在北京市怀柔县汤河口乡，样地2在汤河口以南40公里的云蒙山林场，下设两个小样地2a和2b，分别经过8年和3年的封山保护。样地3在北京海淀区的西山上，样地4位于河北省元氏县。四个样地的地理位置，地形、立地条件及所受的人为干扰的程度各不相同。DCA分析对样地的排序图中从左到右样地的顺序为样地2b，2a，样地3，样地1，样地4。 6个样地的荆条滋丛中计有高等植物49种，分属24科47属。其中样地1 8科14种,样地2a 15科24种，样地2b 13科18种，样地3 9科14种，样地4a 11科18种，样地4b 7科11种。以禾本科植物最多（8种），菊科植物6种次之，蔷薇科植物4种，居第三。6个样地中常见植物种（存在度60%以上）有11个，较1965年调查时的常见种数（16种）显著减少。 生活型谱分析表明样地1和2a的生活型谱介于热带和温带类型之间。样地2b的生活型谱是较典型的温带类型，样地3则较偏向荒漠类型;样地4a和4b的生活型谱则较偏向热带和荒漠的类型。 植物区系分析表明，样地2b带有最明显的中生性，而样地4a因含有最多的热带和亚热带分布种而最为干燥。样地依干燥度增加的顺序为2b，2a3，1，4b，4a。这个顺序恰好和DCA对样地的排序结果完全吻合，同时，它还是温度升高的梯度。 荆条灌丛中荆条地上部生物量，以样地2a和2b为最高，分别为3571,9和3285.8公斤／公顷，其次为样地3，达2445.7公斤／公顷，余下的顺序为样地1，样地4a和4b。这个顺序和DCA与样地的排序结果一致，即荆条地上部生物量随着样地干燥程度的增加和温度的增加而减少。相关分析表明，热量（年日照时数）是控制荆条生长的最主要因素，且荆条的生长受土壤中砾石的很大的制约。 荆条灌丛中荆条之外的其它植物种类，作为一个组分，其地上部生物量除样地1外，和荆条地上部生物量的大小顺序一致，这些植物地上部生物量随人为干扰程度的增强而极显著的减少，且随海拔高度的增加而极显著的增加，说明这些植物较适于生长在海拔较高的地区，且它们随人为干扰的能力很弱。 荆条灌丛群落地上部总生物量，作为上述两个组分的综合，较多的受灌丛中其它植物地上部生物量的影响，而且与海拔高度呈现显著的相关性。群落地上部总生物量与年蒸发量、无霜期、人为干扰程度均表现极显著的负相关，与≥10'C的年积温也显著的负相关。这些特点，都表明荆条灌丛一个总趋势，即较低的温低更适合该群落的生长。 荆条地下部生物量在样地l达9641.8公斤，公顷顾(1986) 和l0996.6公斤／公顷(1987)，其中各有51.1%和28.90%是根球的生物量，在样地3则1988年为2306.1公斤/公顷，l989年增至5442.2公斤/公顷，两个样地中，地下部生物量为枝条生物量的6.29和5.44倍（样地1）,以及2．10和1.23倍《样地3），根枝比的分析表明样地1年龄大于样地3，且样地1比样地3．干燥，荆条的根枝比大于其它灌术种类的根枝比，这是荆条对砍伐的适应．就象灌丛栎(根枝比6.23)对火灾的适应一样。 样地1荆条灌丛的总生物量，1986年为13.44吨／公顷，87年为l6.4吨／公顷，增加了22.2%，群落年净第一性生产量为3.96吨／公顷•年。在群落总生物量中，荆条的生物量占绝大部分，分别达90.4%和86.3%，而在群落年净第一性生产量中，荆条的贡献达3.00吨／公顷•年，占75.8%。 样地3的总生物量88年为9.90砘／公顷．89年猛增至21.17砘／公顷，增加了113.9%，群落年净第一性生产量为12.62砘／公顷•年，是样地1的3.19倍。群落总生物量中，荆条所占的比例在1988年为48.0%，89年增大为58.5%，和样地1的变化趋势相反，表明两个样地的荆条灌丛处于不同的发育阶段。在群落的年净第一性生产量中，荆条的贡献和样地1相似，达71.1%。 和不同类型的灌丛地上部生物量比较的结果表明荆条灌丛小于同地区的落叶灌丛(绒毛绣线菊、荆条、蚂蚱腿子灌丛)，更小于同地区的乔木树种的萌生灌丛如辽东栎萌生丛．以及其他地区的矮针叶树栎灌丛，群落总生物量的比较结果也表明荆条灌丛的生物量还有很大的发展潜力。 荆条灌丛地上部生产量已经超过一些成熟乔木种类的林地的生产量，且荆条灌丛中生长最快的群落（样地3）的地上部生产量已接近一些乔木种类的幼龄林地的生产量说明荆条灌丛有较高的生长速度。 生物量累积比作为植物或群落衰老程度的指标，说明荆条灌丛较之其它原生灌丛还是较”年轻”的，样地1的生物量累积比较大，是该群落遭受频繁砍伐的反映。 由荆条灌丛立地的潜在生产量的分析可知样地1的荆条灌丛离其”成熟类型”的生产量还差距很大，而样地3的生产量正接近其”成熟类型”。结合前面的分析，可以推测在人类活动频繁和强度的干扰下，样地l的荆条灌丛没有继续向其成熟类型发育，而在中途衰退了。 西山荆条灌丛中，在代谢活动较旺盛的部位，N和K���含量较高，Hg，P���Zn也表现相似的倾向，A1和Fe则表现了相反的趋势，即代谢活动较强的部位，含量较低。Mn，Ca和Ha则是介于中问的一种类型。比较各组分中元素的含量值，Mg是较均匀的类型，其余元素在不同组分间含量的差异都较悬殊。西山荆条灌丛中，Mn,Mn, Mg，Ca，AI五个元素都以土壤中的含量为最高，N的含量则以上壤为最低，而植物组分中 K���含量一直保持较高的水平。 多数元素在荆条根球中的含量最低，包括Fe，Hn，Zn，（Ca，P���AI。随着年龄的增大，各组分中K���含量有增加的趋势（其增加量大于其它元素的增加量），在西山荆条灌从中，植物组分以及及土壤里各元素除p���，其含量均与两个以上元素的含量呈显著相关性（图11）．而P���含量只与N的含量具极显著相关性，，在植物组分中，灰分含量与Fe，Mn，Ca，P���AI的含量均具极显著的相关性。荆条内部各组分的元寨岔登之间全部晕缀显著相关，而绝大部分植物组分中元素含量与土壤中相应元素的含量值无相关性。 植物组分中，其它植物地上部，其它植物地下部和羽叶是元素积累量最大的三个组分。荆枝中的Ca和Ha，荆根球和荆根中的Zn和Mg以及荆根中的Al，它们的含量与其积累量之间具有较明显的补偿现象，即它们的积累量并不随生物量的增减而发生显著的变化。 西山荆条灌丛中荆条和其它植物对10种元素的吸收总量基本相等。在荆条的总吸收量中，K���N，Ca的吸收量占88.5％，其余7种元素的吸收量只占11.5%。在其它植物中，则以Ca，N和Al的吸收量占多数，达73.9%。在荆条和其它植物中，K���Al的吸收可能存在着拮抗关系。 西山荆条灌丛中荆条对K���吸收量最大，但对Mn的利用系数最大。10种元素中最大和最小吸收量之间在荆条中相差339倍（K���Zn之间），但荆条对各元素的利用系数却相差不多，平均为0.775±0.09。其它植物对10种元素的利用系数较荆条稍高，平均为0.826±0.07，整个西山荆条灌丛群落对元素的利用系数以Mn为最高，Na为最低。 若以土壤中元素的垒量的贮量计算，荆条对N的吸收系数最大，Al最小。若以土壤中元素的有效含量（可溶性或可代换性量）汁，则荆条的吸收系数以Al最大，Ca最小 （表21）。土壤元素（全量）的周转时间，Al最长，达2603.2年，多数元素在450-600年 之间，只有N，P���K���个元素的周转时间最短，分别只有35.4，151.9，和109.l年。 西山荆条灌丛中荆条以凋落物形式归还土壤的元素量在其吸收量中所占的比例（归 还率），Zn (26.5%)，Mg (36.1％)，Ca (36.1%)，P(21.3%)和N(25.0％)属较高的类型， Al (13.5%)，Na（14.6％）和K���13.1％）居中，Mn (8.5%)和Fe(8.0%)最低。灌丛群落中 元素的归还率除Mn最小（12.1％）外，其余在21.3%-37.9％之间。 西山荆条灌丛中，荆条和其它植物所吸收的元素量在群落总吸收量中所占的比例， 各元素之间显著不同，均匀的类型有N，Zn，Mg和Na，即荆条和其它植物的吸收量相当。 K���唯一以荆条的吸收量占优势的元素，荆条吸收的K���群落总吸收量的80.7%。其余 元素，Mn，P���Al，Fe和Ca均是其它植物的吸收量显著大于荆条的吸收量（表22，图45）。 荆条所吸收的无素量，在其内部各组分中的分配（存留）格局，普遍规律是将绝大 部分用于其叶片的生长（或存留于叶片）中．Mn是唯一例外的元素，荆条将其吸收量的 最大部分存留于其枝条中。其余9个元素．荆条对其叶片存留后剩下的那部分元素量的 分配方式可以区分出三种类型：将剩余部分中的多数存留于其枝条的元素有AI，Fe，Zn， Mg;将剩余部分中的多数存留于其地下部的元素有P,Na， 和Ca;而K���N则属于中间 的类型，即用于叶片后的剩余的K���N在荆枝和荆条地下部（根球和艉）中较均匀的分配 （表22，图46）． 西山荆条灌丛中元素循环的强度和速度都显著大于汤河口荆条灌丛，两个样地的元 素循环特征的最显著差异是汤河口荆条灌丛中荆条将其吸收的元素量中的最大部分存留 于其地下部，和西山样地完全相反，这可能是两个样地荆条灌丛元素循环特征的最本质 的区别。其原因，可能是汤河口样地中荆条对其地上部遭受频繁砍伐的一种适应方式， 也可能是汤河口荆条滋丛衰老的反映。 西山灌丛中荆条落叶分解过程中其失重率曲线呈双S形，其失重率最大增长速度出现在第166-299天之间。经过539天的分解作用，荆条枯落叶损失了其于重的53.3%，其中分解期（千重损失50％所用时间）为514.1天。 与干重失重率相对应，荆条枯落叶的平均腐解率的最高值出现在299和364天，而区 间腐解率的最大值则出现在第66—227天和第227 - 299天之间，比平均腐解率的最高值 出现的早，这与其总失重率曲线是非常吻合的，因为第166 - 227天及第227 - 299天之间 的高腐解率导致了其后高失重率的出现。 平均腐解率与平均气温之间具显著相关性(P<0.0S)，而与平均降水量只在90%置信区间内有相关性，区间腐解率也只在90%置信区内与平均气温有相关性。 以平均腐解率计算，荆条枯落叶干重的95%被分解所需的时间为6.37年，比同一地区的侧柏、元宝槭、黄栌、山杏、刺槐，油讼和栓皮栎短，说明荆条叶片枯落物的分解速率是较快的。 荆条枯落叶分解过程中的失重主要由于有机物被分解引起的，且有机C，可溶性糖 和粗纤维的分解决定了失重率变化的总趋势。 各有机物含量程分解过程中的变化各不相同。就浓度而言，以可溶性糖的浓度降低 速度最快，丹宁的浓度也显著的下降，粗脂肪和有机C浓度属于平缓下降的类型，而木 质素和粗纤维属另一极端的类型，其浓度持续升高。各有机物在枯落叶中的总量以不同 的速率减少。经过539天的分解作用，各有机物的损失率大小的顺序为可溶性糖(97.90%）>丹宁(95. 92%）>粗脂肪(70.83%)>有机C(61.59%)>粗纤维(37.36%)>木质素( 31,97%)。此外，不同的有机物的含量以不同的规律变化，其中可溶性糖和木质素在第105天内即被大量的分解而损失（分别损失63.66%和19.67%）。丹宁和有机C的损失率的变化是较际准的S形曲线，粗纤维的损失率变化曲线为右抛物线的上半部，而粗脂肪类似S形曲线，但最不规则． 荆条枯落叶分解过程中矿质元素浓度和含董的变化很不规则。灰分含量作为大部分矿质元素含量的总和，其浓度在分解过程中稳定升高，而其总量则持续下降，所研究的10种矿质元素的浓度和总量的变化很不一致，在浓度变化方面，K���星下降趋势的唯一元素，其余元素（包括N，Ca，Na，Mg，P���Fe，Zn，Mn和Al）的浓度均随分解过程呈升高的趋势。从元素的总量方面可以区别出两种类型：即N，Ca，Na，K���P5个元素属于减少的类型，而Fe，Mn，Zn，Mg和Al的总量则有所增加。 西山和汤河口两个样地的荆条灌丛都是渐近稳定的，且离其稳定态尚有一定距离,相对稳定性指数没有显示两个样地的稳定性具有显著的差异。 西山荆条灌丛的演替度大于汤河口灌丛，这和它们所受的人为干扰的强度的差异有紧密联系。

夏玉米不同生育期对干旱胁迫的响应与适应机制

干旱化问题将在全球环境变化下进一步加剧，并可能严重影响玉米。玉米是我国主要粮食和最重要的饲料作物，其重要性日益突出。水分是制约玉米产量的关键因子。为此，本研究利用大型活动遮雨棚对玉米进行了出苗后全程水分控制试验，研究大田条件下玉米不同生育期对不同土壤水分（包括水分充足well-watered, WW;适度干旱moderately stressed,MS;和严重干旱severely stressed,SS）的响应及适应机制。研究结果表明： 在吐丝和籽粒形成期，Ms对叶片相对含水量和相对电导率的影响没有达到显著或极显著水平，而SS则极其显著地降低叶片相对含水量和增加质膜透性。并且干旱胁迫下，夏玉米生育进程中保护酶SOD、POD和CAT活性基本呈现一致下降的态势，膜脂过氧化作用增强。短期干旱胁迫对SOD）和POD（在第十三叶期）保护酶有一定的激发效应，但此效应维持不长，其后骤降。 干旱会引起叶绿素a，b含量及总叶绿素含量的减少。MS下营养阶段的叶绿素含量没有明显变化，但随着MS的延续，叶绿素含量在生殖阶段显著降低。而SS的叶绿素含量最初就呈现降低并逐渐扩大。另外，在干旱胁迫下叶净光合速率(PN)和蒸腾速率(E)的降低因干旱强度和时间以及发育阶段而异，而且Ss所引起的不利影响更为凸现。SS显著降低营养和生殖阶段的水分利用效率( WUE)，然而MS基本导致前中期WUE增加，后期则减少。 土壤干旱胁迫下，绿色LAI明显降低，特别是生殖时期最高穗位叶面积显著降低：地上部生物量积累在各生育期均为减少。而且，干旱显著减少各生育期的根干重，但MS对第十八叶期(V18)的根干重有短期的促进作用。干旱胁迫下，根冠比在不同生育时期有增有减。MS对第十七叶期(V17)的叶面积、抽雄吐丝出现、叶片展开、最终叶片数以及收获指数影响不大，但其却显著减少各阶段株高、叶面积（第十七叶期除外）、茎粗和生物量积累。随着MS的延续，产量性状诸如穗粒数、百粒重均为降低，而SS对各生育阶段所有生长特性、产量性状及收获指数的影响都较MS更为不利。 生育前期遭遇干旱，可使叶片展开明显迟缓，并且最终叶片数减少。尤其SS减少最终叶片数1～2片，并且延迟抽雄4—5 d，吐丝4—5 d，从而可能导致成熟期推迟。 植物器官的营养吸收动态在短期干旱作用和长期作用之间有所不同。而且P���K���素的积累方式也有别。基本上，干旱胁迫显著降低植物器官在不同生育期的全P���K���素的吸收，尽管后期一些器官诸如叶、鞘和茎等的吸收有所增加，特别是干旱严重影响了根的吸收能力，而且SS较MS对全P.K���收影响更甚。总之，干旱所导致的生物量减少与植物器官的全P���K���收的减少是相伴而生的。 与WW相比较，MS和SS的产量两年内分别降低了20,4%—26,1%和59.2%～84.5%，穗粒数分别降低了12.1%～19.7%和39,8%～88.1%，以及百粒重分别降低了2.1%~2.7%和17.7%—46,9%。研究进一步表明，干旱胁迫对多数玉米籽粒的营养品质有利。与WW相较而言，N含量、可溶性总糖、可溶性还原糖、Zn. Ca. Cu. Mg和Mn元素在MS下分别提高了5.9%，39-0%，97.5%，12.1%，4.4%，7.5%，6.1%和2.9%，而在SS下则分别提高了8.6%，99.3%，300.0%，27.8%，24.0%，1 5.3%，9.8%和7.9%。但是，一些玉米籽粒的营养品质诸如淀粉、P���K���量却受到干旱胁迫的不利影响，与WW相比较，MS使籽粒淀粉、P���K���量分别降低了8.3%．12.6%和3.7%，而SS则分别降低了33.3%, 14.6%和18.6%。粗脂肪含量则表现有所不同，与WW比较而言，MS对之有利，2年平均增加9.2%，而SS对之不利，2年平均减少11.3%。 总之，玉米生理生态特征、地上部各部分干物质生产、根系生长、营养吸收、产量性状、营养品质对干旱胁迫的响应和适应不仅依赖于干旱的严重程度（包括强度和时间），而且也依赖于玉米发育阶段。本研究认为，在半湿润地区水分缺乏的条件下，有限灌溉（最低土壤相对含水量55%士5%）在营养阶段抽雄前实施可行。

Study of valence intersubband absorption in tensile strained Si/SiGe quantum wells

The hole subband structures and effective masses of tensile strained Si/Si1-yGey quantum wells are calculated by using the 6x6 k.p method. The results show that when the tensile strain is induced in the quantum well, the light-hole state becomes the ground state, and the light hole effective masses in the growth direction are strongly reduced while the in-plane effective masses are considerable. Quantitative calculation of the valence intersubband transition between two light hole states in a 7nm tensile strained Si/Si0.55Ge0.45 quantum well grown on a relaxed Si0.5Ge0.5 (100) substrates shows a large absorption coefficient of 8400 cm(-1).

Electronic structure and optical gain of truncated InAs1-xNx/GaAs quantum dots

The shape of truncated square-based pyramid quantum dots (QDs) is similar to that of real QDs in experiments. The electronic band structures and optical gain of InAs1-xNx/GaAs QDs are calculated by using the 10-band k.p model, and the strain is calculated by the valence force field (VFF) method. When the top part of the QD is truncated, greater truncation corresponds to a flatter shape of the QD. The truncation changes the strain distribution and the confinement in the z direction. A flatter QD has a greater C1-HH1 transition energy, greater transition matrix element, less detrimental effect of higher excited transition, and higher saturation gain and differential gain. The trade-off between these properties must be considered. From our results, a truncated QD with half of its top part removed has better overall performance. This can provide guidance to growing QDs in experiments in which the proper growing conditions can be controlled to achieve required properties. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electronic structure and optical gain saturation of InAs1-xNx/GaAs quantum dots

The electronic band structures and optical gains of InAs1-xNx/GaAs pyramid quantum dots (QDs) are calculated using the ten-band k . p model and the valence force field method. The optical gains are calculated using the zero-dimensional optical gain formula with taking into consideration of both homogeneous and inhomogeneous broadenings due to the size fluctuation of quantum dots which follows a normal distribution. With the variation of QD sizes and nitrogen composition, it can be shown that the nitrogen composition and the strains can significantly affect the energy levels especially the conduction band which has repulsion interaction with nitrogen resonant state due to the band anticrossing interaction. It facilitates to achieve emission of longer wavelength (1.33 or 1.55 mu m) lasers for optical fiber communication system. For QD with higher nitrogen composition, it has longer emission wavelength and less detrimental effect of higher excited state transition, but nitrogen composition can affect the maximum gain depending on the factors of transition matrix element and the Fermi-Dirac distributions for electrons in the conduction bands and holes in the valence bands respectively. For larger QD, its maximum optical gain is greater at lower carrier density, but it is slowly surpassed by smaller QD as carrier concentration increases. Larger QD can reach its saturation gain faster, but this saturation gain is smaller than that of smaller QD. So the trade-off between longer wavelength, maximum optical, saturation gain, and differential gain must be considered to select the appropriate QD size according to the specific application requirement. (C) 2009 American Institute of Physics. [DOI 10.1063/1.3143025]

Strain Effects on the Optical Polarization Properties of R-Plane Wurtzite GaN

Using the effective-mass Hamiltonian for an arbitrary direction wurtzite semiconductor on the basis of k.p theory, we investigate the strain effects on the transition energies and optical properties in the R-plane ([1012]-oriented plane) GaN. The results show that (1) the transition energies decrease with the biaxial strains changing from -0.5 to 0.5%; and (2) giant optical anisotropy appears in the R-plane which is significantly affected by the biaxial strains. We clarify the relation between the strains and the polarization properties. Finally, we discuss the application of these properties to the R-plane GaN based devices. (c) 2009 The Japan Society of Applied Physics

Calculation of energy levels in InGaAs/GaAs quantum dot array

The subbands of the ground state E-c1, the first excited state E-c2 and heavy hole state E-HH1 are calculated by solving the eigenvalues of effective-mass Hamiltonian H-0 which is derived from eight-band k . p theory and the calculations are performed at k(x) = k, = k = 0 for the three-dimensional array of InGaAs/GaAs quantum dots (QDs). With indium content in InGaAs QDs gradually increasing from 30% to 100%,the intersubband transition wavelength of E-c2 to E-c1, blue-shifts from 18.50 to 11.87 mu m,while the transition wavelength of E-c1, to E-HH1, red-shifts from 1. 04 to 1. 73 mu m. With the sizes of Ir-0.5 Ga-0.5 As and InAs QDs increasing from 1.0 to 5.0 nm, the intersubband transition from E-c1, to E-C2 transforms from bound-state-to-continuum-state to bound-state-to-bound-state, and the corresponding intersubband transition wavelengths red-shift from 8.12 pm (5.90 pm) to 53.47 mu m (31.87 pm), respectively, and the transition wavelengths of E-C1 to E-HH1 red-shift from 1. 13 mu m (1.60 mu m) to 1.27 mu m (2.01 mu m), respectively.

Giant and zero electron g factors of dilute nitride semiconductor nanowires

The electronic structures and electron g factors of InSb1-sNs and GaAs1-sNs nanowires and bulk material under the magnetic and electric fields are investigated by using the ten-band k.p model. The nitrogen doping has direct and indirect effects on the g factors. A giant g factor with absolute value larger than 900 is found in InSb1-sNs bulk material. A transverse electric field can increase the g factors, which has obviously asymmetric effects on the g factors in different directions. An electric field tunable zero g factor is found in GaAs1-sNs nanowires. (C) 2007 American Institute of Physics.

The strain distributions and carrier's confining potentials of self-organized InAs/GaAs quantum dot

On the basis of the finite element approach, we systematically investigated the strain field distribution of conical-shaped InAs/GaAs self-organized quantum dot using the two-dimensional axis-symmetric model. The normal strain, the hydrostatic strain and the biaxial strain components along the center axis path of the quantum dots are analyzed. The dependence of these strain components on volume, height-over-base ratio and cap layer (covered by cap layer or uncovered quantum dot) is investigated for the quantum grown on the (001) substrate. The dependence of the carriers' confining potentials on the three circumstances discussed above is also calculated in the framework of eight-band k (.) p theory. The numerical results are in good agreement with the experimental data of published literature.

Electronic structures of wurtzite ZnO and ZnO/MgZnO quantum well

The band structures of wurtzite ZnO are calculated using the empirical pseudopotential method (EPM). The 8 parameters of the Zn and O atom pesudopotential form factors with Schluter's formula are obtained. The effective mass parameters are extracted by using k.p Hamiltonian to fit the EPM results. The calculated band edge energies (E-g, E-A, E-B, and E-C) at Gamma point are in good agreement with experimental results. The ordering of ZnO at the top of valence band is found to be A(Gamma(7))-B(Gamma(9))-C(Gamma(7)) due to a negative spin-orbit (SO) splitting. Based on the band parameters obtained, the valence hole subbands of wurzite ZnO/MgxZn1-xO tensile-strained quantum wells (QWs) with different well widths and Mg compositions are calculated using 6-band k.p method. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Optical constants of cubic GaN/GaAs(001): Experiment and modeling

The optical constants epsilon(E)=epsilon(1)(E)+iepsilon(2)(E) of unintentionally doped cubic GaN grown on GaAs(001) have been measured at 300 K using spectral ellipsometry in the range of 1.5-5.0 eV. The epsilon(E) spectra display a structure, associated with the critical point at E-0 (direct gap) and some contribution mainly coming from the E-1 critical point. The experimental data over the entire measured spectral range (after oxide removal) has been fit using the Holden-Munoz model dielectric function [M. Munoz et al., J. Appl. Phys. 92, 5878 (2002)]. This model is based on the electronic energy-band structure near critical points plus excitonic and band-to-band Coulomb-enhancement effects at E-0, E-0 + Delta(0) and the E-1, E-1 + Delta(1), doublet. In addition to evaluating the energy of the E-0 critical point, the binding energy (R-1) of the two-dimensional exciton related to the E-1 critical point was estimated using the effective mass/k.p theory. The line, shape of the imaginary part of the cubic-GaN dielectric function shows excitonic effects at room temperature not withstanding that the exciton was not resolved. (C) 2003 American Institute of Physics.