典型金属纳米结构的电子能量损失谱研究

利用格林函数推导出金属纳米结构电子能量损失谱的计算公式,基于时域有限差分方法对几种典型的结构进行建模仿真,数值模拟运动电荷和结构的距离、液晶环境材料对电子能量损失谱的调节作用.仿真结果表明:当增加电子与纳米结构的距离时,电子能量损失谱谱峰降低;当添加液晶材料或各向同性衬底材料时,电子能量损失谱的峰值发生明显红移,但液晶的光轴倾角改变对峰值的调制作用有限.通过计算电子能量损失谱研究金属纳米结构表面等离子激元共振特性,为高度复杂的等离子体激元纳米结构的设计提供了理论基础.     

二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究

二维原子晶体材料,如石墨烯和过渡金属硫族化合物等,具有不同于其块体的独特性能,有望在二维半导体器件中得到广泛应用.晶体中的结构缺陷对材料的物理化学性能有直接的影响,因此研究结构缺陷和局域物性之间的关联是当前二维原子晶体研究中的重要内容,需要高空间分辨率的结构研究手段.由于绝大部分二维原子晶体在高能量高剂量的电子束辐照下容易发生结构损伤,利用电子显微方法对二维原子晶体缺陷的研究面临诸多挑战.低电压球差校正扫描透射电子显微(STEM)技术的发展,一个主要目标就是希望在不损伤结构的前提下对二维原子晶体的本征结构缺陷进行研究.在STEM下,多种不同的信号能够被同步采集,包括原子序数衬度高分辨像和电子能量损失谱等,是表征二维原子晶体缺陷的有力工具,不但能对材料的本征结构进行单原子尺度的成像和能谱分析,还能记录材料结构的动态变化.通过调节电子束加速电压和电子辐照剂量,扫描透射电子显微镜也可以作为电子刻蚀二维原子晶体材料的平台,用于加工新型纳米结构以及探索新型二维原子晶体的原位制备.本综述主要以本课题组在石墨烯和二维过渡金属硫族化合物体系的研究为例,介绍低电压扫描透射电子显微学在二维原子晶体材料研究中的实际应用.     

一种由电子能量损失谱计算过渡金属d电子数的优化方法

提出了一种由电子能量损失谱(EELS)计算过渡金属d电子数的“浮动窗口”方法,该方法是对现有方法的优化,它消除了现有方法中存在的严重的系统误差,能达到较高的精度. 它的应用对于认识元素合金化后d电子数的变化以及电子结构与材料性能的关系具有重要意义. 关键词： 电子能量损失谱 浮动窗口方法 d电子数     

现代透射电子显微技术在多铁材料研究中的应用

文章简要介绍了材料科学研究中被广泛应用的透射电子显微(TEM)技术及其在多铁材料研究中的应用,并给出了几个典型案例:利用球差矫正原子分辨扫描透射电子显微术(STEM),并和电子能量损失谱(EELS)相结合,分析多铁异质结界面处的原子分布、离子价态和化学键的变化;结合球差矫正原子分辨透射电子显微图像(HRTEM)和STEM图像,分析多铁材料中的局域对称性破缺和电极化特性;利用原位变温及电/磁场加载技术,研究多铁材料中的结构相变和电畴/磁畴的动态演变特性。文章特别指出,现代透射电子显微学是全面分析理解多铁材料局域微结构,探讨多铁耦合机制及其物理根源的有效手段。     

高分辨率电子能量损失谱在材料科学中的应用

简要介绍了FEI Titan80-300STEM扫描透射电镜中装配的Wien-filter型能量单色器(monochromator).文章特别指出,装配有能量单色器的FEI Titan80-300STEM扫描透射电镜,可以直接给出高能量分辨率(~0.1eV)的电子能量损失谱.利用高分辨电子能量损失谱,在高能损失区,对于K或L能级自然宽度(natural width of energylevel)小于0.5eV的元素,可以获得更细致的的近限精细结构(energy-loss near-edge structure),更有利于解析其电子结构;在低能损失区,可以用于精确地确定半导体材料的带隙(bandgap)以及p型掺杂引起的带隙能的变化.     

扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用

扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种,近几年随着球差校正器的问世,扫描透射电子显微镜的分辨率达到亚埃级,结合能量分辨率为亚电子伏特的电子能量损失谱,可以对材料进行高空间分辨率及高能量分辨率的微结构和成分分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的发展历程和工作原理,重点讲述了高角环形暗场像的成像机理以及基于高角环形暗场像对材料结构和成分进行分析的原理和应用;电子能量损失谱的成谱过程、谱的特征及其在材料化学和电子结构分析方面的优势和主要应用。     

电子能量损失谱探测银纳米棒与介质层强耦合的数值模拟

表面等离激元与量子发射体间的强耦合现象通常通过散射、吸收以及荧光等远场光谱探测方法进行研究.利用高度聚焦的电子束,电子能量损失谱能够实现亚纳米尺度的局域探测,可以更加有效地研究强耦合现象.本文在理论上分别模拟了银纳米棒、介质材料以及介质层包裹银纳米棒复合结构的电子能量损失谱.得到了可以与实验结果比拟的银纳米棒表面等离激元的电子能量损失谱.在上述复合结构的电子能量损失谱中观察到了谱峰的拉比劈裂,探究了银纳米棒尺寸对拉比劈裂的影响.分别在红外、可见光波段讨论了介质层的元激发与银纳米棒偶极辐射及高阶非辐射表面等离激元模式间的强耦合现象,从损失谱的空间分布成像角度探讨了强耦合引起的杂化等离激子(plexciton)的形成.本研究对强耦合现象的进一步实验和理论研究具有指导意义.     

Ce 基重费米子材料的电子态研究与维度调控

重费米子材料作为一类典型的强关联电子体系,蕴含着非常规超导、奇异金属、量子临界、 磁有序、重电子态、关联拓扑态等新奇的量子态,而4f 电子在其中扮演着重要的作用。随着高分 辨角分辨光电子能谱和薄膜生长技术的发展,精确探测重费米子材料中4f 电子在能量/动量空间 的色散和谱权重成为了可能,这为从微观上理解这类材料中的电子关联效应和新奇量子现象提供 了重要的基础。本论文总结了几个典型的重费米子单晶和薄膜体系的电子态研究,包括Ce-115 体 系、CeCu2Si2、CeRh6Ge4 以及单晶 Ce 膜等。这些结果为理解重费米子体系中重电子态的形成 和温度演化、近藤杂化的能带/动量依赖、重电子能带与超导的关系、近藤效应与磁性和其它量子 态的竞争、4f 电子的维度调控等重要物理问题提供了谱学证据。     

关联电子体系中电子和磁的拉曼散射

周期结构的晶格振动和分子的振动或转动谱,可以看作材料的特征指纹,拉曼散射正是探测这些振动的非常灵敏和有效的技术,因此它已经被广泛地应用到基础研究和工业生产的各个方面.而原则上,通过固体中的自由载流子或自旋与光的非弹性散射过程,人们也可以获得关于电子和磁激发的重要信息.文章对电子和磁的拉曼散射基本概念作了简要介绍,并对一些关联电子体系中的拉曼实验作了简要综述.特别是在非常规超导中,拉曼散射在确定超导能隙的大小和各向异性以及配对对称性等方面发挥了独特的作用.     

电子能量损失谱学和电子动量谱学

电子能量损失谱学和电子动量谱学经过近３０年的发展已成为原子分子物理的一个重要研究领域，并在化学、聚变等离子体和凝聚态物理等方面获得重要应用．文章介绍了它们的基本原理、最新进展和应用．