锁相放大器──一种检测微弱信号的手段

一、实验物理中的有力工具 随着科研和生产的发展,越来越需要测量微弱的信号,恢复及记录其变化.特别是各种物理量的精细结构以及在临界点附近的异常现象,往往引起人们的关心.这些情况下的被测信号常常是深埋在噪声中的微弱信号.例如俄歇谱仪是用来进行表面分析的一种新型分析仪器,它可以鉴定厚度仅几个到等效于几分之一个分子层或5—100A的固体表面.但是由于俄歇电子发射是一个二次效应,俄歇峰处于非弹性散射电子的背景中,虽然1925年即已发现了这个效应,可是直到1968年工作进展甚微.用锁相放大器成功地解决了深埋在噪声中的俄歇峰的检出.又…     

电子、X光和固体的相互作用(Ⅰ)

近十多年来,随着透射电镜、扫描电镜、电子探针、俄歇电子谱仪、X光电子谱仪等现代分析仪器的蓬勃发展,电子、X光和固体的相互作用的研究获得了有力的推动,取得了新的进展,得到了更广泛的应用. 电子、X光和固体的作用内容很广,本文要讨论的是上述分析仪器中经常出现的物理过程,主要是电子、X光和固体中原子或集体运动(晶格振动、等离子振荡)之间的元散射过程,固体被激发以后的弛豫过程(X光发射及俄歇电子发散等)。 一、原子的能级和固体的能带 为了下面讨论的需要,先介绍原子能级和固体能带的有关概念。 原子中电子的能级可以用相对论量子…     

用离子注入抑制金属氢脆的研究

近年来美国桑迪亚实验室Myers等应用离子束进行Fe中氢的缺陷和杂质捕获的实验研究,为用离子注入抑制金属氢脆的可能性提供了重要实验和理论基础. 一、金属的氢脆 “氢脆”就是氢扩散到金属内部,使金属原子结合力下降,基体脆化,或形成很脆的氢化物导致金属的脆断.氢几乎对所有金属都存在不同程度氢脆倾向,使金属部件产生突然的脆性断裂.如航空及宇航工业上使用的高强度结构钢在低应力静负荷下产生的破坏就是由于含有微量的氢所引起的. 本世纪初人们就开始研究氢脆问题.过去研究的是在材料使用前就存在于金属中的内部氢脆问题,一般是由于材料…     

钽、铁、钨三种体心立方金属裂纹的多尺度模拟及韧脆性分析

采用多尺度准连续介质法计算模拟了钽、铁、钨三种体心立方(body-centered-cubic,BCC)金属的I型裂纹断裂过程.观察了加载过程中裂纹尖端区域原子的位错、孪晶等塑性变形现象,以及裂纹的脆性开裂和扩展现象.模拟结果表明,不同BCC金属材料的裂纹在相同的加载下有不同韧脆性表现.在一定变形范围内,钽裂纹主要表现出的是裂纹尖端附近区域原子的位错和形变孪晶等塑性变形现象;铁裂纹在变形过程中先后表现出了塑性变形和脆性扩展现象,与实验结果吻合;钨裂纹在变形过程中则主要变现出脆性扩展现象.计算了三种金属材料的广义层错能曲线,得到其不稳定层错能;并分别用两种不同的韧脆性准则,对三种材料断裂模型的韧脆性行为进行分析,计算分析结果与模拟结果一致,从而验证了模拟结果的正确性.     

固体物理在研究材料断裂中的应用

固体的断裂是工程结构材料较常发生的现象.研究固体的断裂问题,对于工程上的实际需要有很重要的意义.当前,从工程力学的角度研究固体断裂问题是比较多的,应用的和基础的研究均已不少.人们在实践中也逐渐地认识到从另外一个角度,即金属学及金属物理等方面进行研究也很重要.宏观和微观相结合的问题在国内外学术界提出来了。“断裂物理”这个术语近几年在国内已逐渐流行.的确,把材料断裂的力学研究和物理研究结合起来,对于了解材料断裂过程必然会更加全面和深入. 固休物理属于和实际关系较密切的基础学科.它的某些理论方法和实验技术用到研究衬…     

多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同晶界对石墨烯拉伸力学特性及断裂行为的影响. 定义了表征晶界能量特性的新参量缺陷能, 并以此为基础分析了晶界结构的能量特性. 探讨了晶界对弹性模量和强度极限等的影响以及强度对晶界能量特性的依赖关系. 结果表明: 晶界能量特性可以间接反映晶界强度; 同时, 晶界中缺陷会使实际承载碳键数量小于名义承载碳键数, 从而在较大范围内影响弹性模量. 分析了不同晶界的断裂过程, 发现了裂纹扩展方向的强度依赖性: 低强度晶界主要是以碳键直接断裂为主要方式的沿晶断裂, 而高强度晶界通常是碳键直接断裂和Stone-Wales翻转过程交替进行下的穿晶断裂. 研究结果可为石墨烯器件的设计制造提供理论指导.     

拉伸试验测试金属韧性的不确定性：中温脆性和应变速率脆性

金属高温拉伸试验国际技术标准ISO6892-2-2011认定,拉伸试验的拉伸温度或应变速率的改变会引起拉伸试验测试力学性能结果的不确定性,危及到拉伸试验技术的可靠性. 本文综述了拉伸试验测试断面收缩率或延伸率的不确定性：中温脆性和应变速率脆性的实验现象和特征,简述了多晶金属弹性变形微观理论的基本结果,以此微观理论解释了上述两种测试不确定性的试验现象,阐明了这两种测试不确定性是拉伸试验弹性变形阶段杂质晶界偏聚,脆化了晶界引起的. 为修正金属拉伸试验技术标准,避免断面收缩率测试的不确定性提供了理论基础. 关键词： 拉伸试验 弹性变形 晶界偏聚 断面收缩率     

金属玻璃液体中的强脆转变现象

强脆转变是玻璃形成液体在从低温到高温升温过程中由强性液体转变为脆性液体的现象,反之从高温到低温冷却过程即为脆强转变.由于其意味着液体的结构发生了某种快速、非连续的变化,强脆转变现象成为异常动力学的典型代表.自1999年《Nature》杂志首次报道了水的强-脆转变现象之后,液体的强脆转变现象就作为凝聚态物理和材料科学领域中的前沿和热点问题被广泛关注.越来越多的研究表明,强脆转变现象在金属玻璃形成液体中普遍存在.为阐明金属玻璃强-脆转变现象对于深入理解玻璃转变本质、探讨液固遗传微观结构特征、揭示晶化过程相互竞争规律、提高玻璃形成能力、促进金属玻璃制备和处理工艺标准化等方面的重要意义,综合评述了强脆转变现象在金属玻璃形成液体中的普遍性、特殊性、定量表征、热力学表现以及结构起源等研究领域的最新进展,并指出了该领域今后的发展方向.     

窄带隙超晶格中载流子俄歇寿命和碰撞电离率的第一性原理研究

通过第一性原理的完整形式,基于全势能线性化增广平面波方法确定的精确能带结构和波函数,推算了技术上极为重要的窄带隙半导体超晶格中载流子俄歇复合时间.少数载流子的俄歇寿命由两种相关的方法来确定:1)由Fermi-金规则直接估算,2)联系俄歇复合和其相反过程碰撞电离,建立细致平衡公式,在一个统一的结构中进行间接估算.在n掺杂HgTe/CdTe和InAs/In_xGa_1－xSb超晶格中,由直接和间接的方法确定的寿命与一些实验结果相当一致.这说明该计算模式可以作为一种精确的手段用于窄带隙超晶格材料的性能优化. 关键词： 第一性原理 俄歇复合 碰撞电离 半导体超晶格     

钢中脆硬粒子裂纹形成机理

钢中的脆硬粒子对钢的解理脆断有直接的影响，解理断裂源大都发生在脆硬粒子上.根据微裂纹形成的热力学模型，利用钢中脆硬粒子开裂时所释放的弹性应变能、位错塞积弹性能，所产生的表面能，对脆硬粒子裂纹形成机理进行分析.模型计算表明，正应力和位错塞积力都是脆硬粒子开裂的必要条件，这与实验事实相符；同时给出脆硬粒子开裂的临界条件计算方法，计算发现，脆硬粒子临界开裂应力不仅取决于脆硬粒子尺寸及表面能，而且与晶粒直径有一定的相关关系，当晶粒直径较小时，这种关系与实验测定的材料解理断裂应力与晶粒尺寸的关系一致，说明整体失稳解 关键词： 解理断裂 裂纹形核 脆硬粒子     

Al,Cr共偏析α-Fe晶界对其结合强度影响的第一性原理研究

在密度泛函理论的框架下,采用广义梯度近似(GGA)研究了合金化元素Al,Cr在α-Fe+(210)晶界共偏析的作用.结果表明Cr提高了Fe晶界结合,为韧性杂质;而Al减弱了晶界的结合,是脆性杂质.Cr不能够彻底地消除Al的脆化作用,反而使其脆性增强.基于偏聚能分析表明Cr能有效地抑制Al偏析到晶界,提高α-Fe的力学性能.     

LT-1型离子探针质谱微分析仪

前 言 LT-1型离子探针质谱微分析仪(简称离子探针,本刊今年第2期封面刊登过此仪器外形及部份实验结果的照片)是一种利用离子光学原理制成的一种大型精密科学仪器.它主要应用于表面微区薄层分析,是半导体集成电路、固体物理、表面科学、材料科学、环境科学、地球和空间科学、生物学等研究工作中的一种重要分析工具. 近十年来,由于这些学科的发展,微区分析的仪器如电子探针、俄歇电子谱仪[1]等在一些性能方面已不能满足要求.离子探针的出现弥补了这些仪器的一些不足,与这些仪器相比,它的主要特点是: 1.灵敏度高:可以检测相对含量10～(-6)-10…     

片状切变型夹杂导致的脆性开裂

片状切变型夹杂可以表现一些重要物理过程的力学特征,例如在晶体材料中形成的滑移带、形变孪晶带以及片状马氏体等。这些过程与材料的断裂密切相关。本文采用位错连续分布方法,导出了位于片状夹杂端部的裂纹的应力强度因子的解析表达式。根据本文的结果,我们讨论了片状夹杂所导致的微裂纹扩展的特征。由夹杂理论可以得到多晶体孪晶脆断应力的Hall-Petch关系,理论计算与实验结果符合得好。 关键词：     

多层膜软X光反射镜的研制

本文介绍了镍-碳多层膜软X光反射镜的设计与制造方法,特别是膜厚监控法.用俄歇谱仪分析了一个样品的剖面情况;对一些样品在1.54(?)的衍射特性和在软X光区的反射率进行了测量并与理论计算结果作了比较.     

晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

采用晶体相场模型模拟获得了平均晶粒尺寸从11.61–31.32 nm的纳米晶组织, 研究了单向拉伸过程纳米晶组织的强化规律的微观变形机理. 模拟结果表明: 晶粒转动、晶界迁移等晶间变形行为是纳米晶材料的主要微观变形方式, 纳米晶尺寸减小, 有利于晶粒转动, 使屈服强度降低, 显示出反霍尔-佩奇效应.当纳米晶较小时, 变形量超过屈服点达到4%, 位错运动开启, 其对变形的直接贡献有限, 主要通过改变晶界结构而影响变形行为, 位错运动破坏三叉晶界, 引发晶界弯曲, 促进晶界迁移. 随纳米晶增大, 晶粒转动困难, 出现晶界锯齿化并发射位错的现象. 关键词： 晶体相场 纳米晶 反霍尔-佩奇效应 微观变形     

晶界效应对钙钛矿La_(0.7)Ba_(0.3)MnO_3多晶材料的磁输运特性的影响(英文)

本文通过比较La0.7Ba0.3MnO3多晶和外延薄膜样品磁输运行为之间的差异,讨论了晶界对多晶样品输运特性的影响,并计算了晶界电阻率随温度和磁场的变化关系.与晶粒的本征电阻率相比,晶界的电阻率要大一个量级,并且其金属-绝缘转变温度低约50K.此外,在晶界中观察到了新奇的正磁阻效应.我们认为,晶界在其转变温度附近出现了相分离现象,并形成铁磁金属渗流通道.由于晶界的特殊构型,Ba掺杂锰氧化物材料中大的磁致伸缩效应对其输运行为影响很大,导致了晶界中正磁阻现象的出现.     

纳米孪晶界对可动位错演化特性与金属Al强化机理探究

位错是金属塑性变形普遍形式,对其可动位错演化特性与规律探寻并充分利用,将在金属强韧化提升中有着潜在基础前瞻性研究价值.本文基于分子动力学法对金属Al塑性变形的可动位错迁演特性展开研究,洞悉纳米压痕诱导的可动位错与孪晶界面间作用规律,揭示出金属强化微观机制,并分析单层孪晶界高度与多层孪晶界层间距对可动位错迁演、位错密度、硬度、黏着效应的影响.研究发现:高速变形下的金属非晶产生和密排六方结构的出现会协同主导Al基塑性变形,而孪晶界会阻碍可动位错滑移、诱导可动位错缠绕及交滑移产生,在金属承载提升中扮演了位错墙和诱导位错胞形成的微观作用.通过在孪晶界形成钉扎位错和限制位错迁移,在受限域形成高密度局域可动位错,显著强化了金属硬度和韧性,降低了卸载时黏附于探针表面的原子数.结果表明:Al基受载会诱导上表面局部非接触区原子失配斑出现;单层孪晶界高度离基底上表面距离减小时,位错缠绕和交滑移作用越明显,抗黏着效应也随之下降;载荷持续增加会诱驱孪晶界成为位错萌生处与发射源,并伴随塑性环的繁衍增殖.     

金属穿晶脆性断裂统计理论

讨论了金属穿晶脆性断裂统计理论.根据穿晶裂纹和晶界作用的界面能模型及断裂非平衡统计理论框架,推导出了裂纹扩展速率、断裂强度、断裂韧性、脆性—韧性转变温度及其统计分布函数随晶粒尺度和界面能变化的公式. 关键词：     

微波放电法生长GaS薄膜的性质

报道了微波放电法在GaAs表面与Al金属片上生长GaS薄膜．用俄歇电子能谱（AES）和卢瑟福背散射能谱（RBS）分析了薄膜的成分，X射线衍射测试了薄膜的结构．结果表明，微波放电法生长的GaS薄膜是属于六方晶系的多晶材料．此外，用椭圆偏振光谱测定了GaS薄膜的折射率以及由金属/绝缘体/金属（MIM）结构的电容值得到GaS薄膜的介电常数 关键词：     

用内耗方法研究铜的蠕变断裂过程

在文献[1]关于工业纯铝研究的基础上,研究了工业纯铜在不同条件下蠕变过程中晶界内耗峰的变化,蠕变条件分为三类:(a)较高温度、较低应力;(b)中等温度、中等应力;(c)较低温度、较高应力;使试样分别发生晶间型、混合型和穿晶型的断裂。由晶界内耗峰的变化可以推知:在较高温度、较低应力的蠕变过程中,晶界强度变化不大;在中等温度、中等应力的蠕变过程中,晶界强度有一定程度的提高;在较低温度、较高应力的蠕变过程中,晶界强度则有比较显著的提高。这说明,在蠕变过程中,晶界强度是变化着的,在不同的蠕变条件下,晶界强化的程度不同,最终导致了不同类型的蠕变断裂。这对于“等强温度”概念是一个修正和补充。 关键词：