威尔金斯（Wilkins，Maurice Hugh Frederick，1916-2004）新西兰-英国物理学家（Physicist，New Zealand-England）

威尔金斯是一位医生的儿子，6岁时移居英国，1940年在伯明翰大学获得博士学位。薛定谔所著的有关生命本性的一本书伎他对生物学发生兴趣劳厄和布拉格父子早就指出，X射线可被晶体中规则排布的原子衍射；由衍射图形可推断出晶体中原子的排列。这个方法同样也可以用于由化学单元重复排列所组成的大纤维分子，当然在具体方式上要复杂得多。纤维分子通常是由化学单元重复组成。     

纳米金属玻璃:一种兼括纳米尺度特征和非晶结构的新型功能材料

 在日常生活中, 人们接触的各种材料的微观结构可以按其组成原子在三维空间的排列状态分为两种, 即有序结构和无序结构。根据这种结构特征, 我们可以把材料分为晶体和非晶体。     

新型晶体和晶体学

晶体品种很多，功能各异，而且新的晶体和晶体的新物理效应层出不穷，在半导体、计算机、自动化、激光和光电子、遥感等新技术领域有广泛应用．晶体学这一学科是以晶体为主要对象，研究其原子排列的对称规律、结构特征、相变、缺陷及它们与物理性质的关系．同时研究其生长机理和规律，发展新的晶体材料．晶体学无论是对传统的原子周期性排列的晶体的研究和新晶体的发现，还是发展到对准周期、非周期以及高维、低维结构特征的物质的研究都是十分重要的。新型晶体和晶体学     

純金屬晶体中的缺陷

一、引言純金属在一个大气压力下,在适当的温度范围內都处在晶体状态,我們称之为純金属晶体。晶态金属的基本特征就是它的原子在空間呈有規則的周期性排列。一个完整的理想的純金属晶体,它的原子排列成一个严格的周期性排列的結构。大部分重要的純金属晶体原子排列成三种結构:面心立方,体心立方和六方密排。这三种結构中晶胞的原子排列見图1。     

晶体几何系列之一 晶体的点群与空间群

晶体具有规则的外形,来自内部原子的规则排列。晶体具有最小的重复单元,是由最小重复单元在三维空间堆积起来的,即晶体具有平移对称性。对称性可以用群这个数学概念来表征。平移对称性限制了晶体重复单元只有n=1,2,3,4,6次转轴,因此晶体只有32种点群(单胞的对称性)。32种点群同三维空间中平移操作的组合,决定了晶体只有230种空间群。不管有多少种具体的晶体,按照对称性分类只有230种。二维情形下,n=1,2,3,4,6次转轴加上镜面反映只能得到10种点群;10种点群与二维空间中的平移操作组合,只能得到17种二维空间群。远在人类有群论知识之前,许多文明都认识到了二维晶体只有17种对称性,反映在二维装饰图案比如窗棂的设计上。     

超高真空条件下分子束外延生长的单层二维原子晶体材料的研究进展

二维原子晶体材料具有与石墨烯相似的晶格结构和物理性质,为纳米尺度器件的科学研究提供了广阔的平台.研究这些二维原子晶体材料,一方面有望弥补石墨烯零能隙的不足;另一方面继续发掘它们的特殊性质,有望拓宽二维原子晶体材料的应用领域.本文综述了近几年在超高真空条件下利用分子束外延生长技术制备的各种类石墨烯单层二维原子晶体材料,其中包括单元素二维原子晶体材料(硅烯、锗烯、锡烯、硼烯、铪烯、磷烯、锑烯、铋烯)和双元素二维原子晶体材料(六方氮化硼、过渡金属二硫化物、硒化铜、碲化银等).通过扫描隧道显微镜、低能电子衍射等实验手段并结合第一性原理计算,对二维原子晶体材料的原子结构、能带结构、电学特性等方面进行了介绍.这些二维原子晶体材料所展现出的优异的物理特性,使其在未来电学器件方面具有广阔的应用前景.最后总结了单层二维原子晶体材料领域可能面临的问题,同时对二维原子晶体材料的研究方向进行了展望.     

半导体性介孔石墨烯

石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的二维晶体,一般厚度方向为单原子层或双原了层碳原子排列．它是一种稳定材料,也是一种禁带宽度几乎为零的半金属材料．它具有比硅高得多的载流子迁移率（200000cm2／Vs）,在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度．因此,石墨烯是纳米电路的理想材料,也是验证量子效应的理想材料．     

低维原子/分子晶体材料的可控生长、物性调控和原理性应用

本文介绍了高鸿钧课题组在物理所20年来的部分代表性工作.研究的主要方向为低维纳米功能材料的分子束外延可控制备、生长机制、物性调控及其在未来信息技术中的原理性应用.从材料的可控制备入手,结合第一性原理的理论计算,阐明材料生长机制和结构与物性的关系,进而实现物性调控和原理性应用.主要内容有:1)纳米尺度"海马"分形结构的形成及其生长机制;2)STM分辨率的提高及最高分辨Si(111)-7×7原子图像的获得;3)固体表面上功能分子的吸附、组装及其机制;4)稳定、重复、可逆的纳米尺度电导转变与超高密度信息存储;5)固体表面上单分子自旋态的量子调控及其原理性应用;6)原子尺度上朗德g因子的空间分辨及其空间分布不均匀性的发现;7)晶圆尺寸、高质量、单晶石墨烯的制备及原位硅插层绝缘化;8)几种新型二维原子晶体材料的可控构筑及其物性调控;9)"自然图案化"的新型二维原子晶体材料及其功能化.这些工作为低维量子结构的构造、物性调控及其原理性应用奠定了基础.     

Suzuki晶格光子晶体的光子带结构

系统地研究了Suzuki晶格光子晶体能带结构,包括介质中周期排列的空气孔光子晶体和空气中周期排列的介质柱光子晶体。采用平面波展开法计算了空气孔和介质柱半径及折射率对光子带隙的影响。结果发现介质中周期排列的空气孔光子晶体主要形成TM模光子禁带,空气中周期排列的介质柱光子晶体主要形成TE模光子禁带,只有介质折射率较大时两类光子晶体才能够形成完全带隙。介质中周期排列的空气孔光子晶体能带结构中沿Г-X1和X1-M方向出现了群速度接近于零的色散曲线,而在另一类光子晶体中并未出现这种情况,在其它晶格类型的光子晶体中也未发现这种情况。     

黄散射──杂质或缺陷引起的漫散射

X射线与物质相遇时,会被物质原子的电子所散射.它在物质结构分析方面有着非常广泛的应用.对于完整晶体,如果入射与散射的X射线波矢差等于晶体倒格矢,则会出现布拉格峰,峰高与样品的体积平方成正比,而峰宽则反比于晶体尺寸.对于大块样品来说,布拉格峰非常尖锐. 然而,实际材料往往偏离严格的周期排列.其原因可以是晶格原子的热运动,它在布拉格峰附近产生附加的散射强度,被称为热漫散射;另一种可能的漫散射的机制是由材料中外来杂质与缺陷引起的,它是由黄昆先生首先提出并在理论上作出分析. 1947年,在莫特教授建议下,黄先生定量地研究了稀固溶…     

磁单极子的魅影

<正>2009年9月,德国和法国的两个科学研究小组在当月出版的《科学》杂志上发表论文,宣布他们在一种特殊的晶体中观察到了"磁单极子"的存在以及这些磁单极子在一种实际材料中出现的过程。看起来,这几乎是可以改写教科书的重大发现。假如真的发现了磁     

偏振组合对光子晶体全息制作影响的数值模拟及实验研究

光子晶体是类比固体晶格制作的新型人工材料,激光全息法是制作光子晶体的重要方法之一,光束偏振在其中起到关键作用。从多光束干涉原理出发,以斜方光子晶体为例探讨了其全息制作的设计思路及光束构型。进而结合计算机模拟,系统研究了线偏振、圆偏振、椭圆偏振等不同偏振组合对"原子"的影响,发现偏振组合和光强比对"原子"形状、取向和位置存在显著影响。进一步设计实验进行验证,结合计算机实时监控调节各光束的偏振和光强,获得了不同偏振组合和光强比下的多种光子晶体结构,发现实验结果与理论预测、数值模拟均符合得很好。该研究不仅有助于提高特定"原子"光子晶体的设计效率,而且可有效降低偏振操控的盲目性,提高实验效率。     

半导体电子态理论简介(Ⅱ)

三、半导体表面 半导体表面研究的现象包括理想表面,表面的弛豫和重构,以及表面吸附等.理想表面是假设晶体断裂后,它的表面原子的排列和晶体内部相同.实际情况往往不是这样,由于在表面上原子所受的力与晶体内部不同,它的运动自由度又较大,因此往往会发生表面原子位移.如果这种位移不破坏晶体平行于表面的平移对称性,则称为弛豫;如果破坏了这种平移对称性,并形成一种新的平移对称性,则称为重构. 由于半导体表面的存在,晶体在表面方向上的平移对称性被破坏了,但仍保留平行方向的平移对称性.根据布洛赫原理,平行方向的波矢k　仍是一守恒理,但在…     

探寻时间晶体

正不可否认,新科学想法的吸引力往往取决于名字,就如大爆炸、黑洞和暗物质那样。但这些名字没有一个能像带有《神秘博士》风格的"时间晶体"那样引发共鸣。2012年由诺贝尔物理奖得主弗兰克·维尔切克提出的"时间晶体",已与许多深刻的物理学主题,如时间对称性、量子力学以及无序等密切相关。晶体通常由原子或分子在空间中规律排列而成。不同于空间上的周期性,时间晶体在时间上表现出     

双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射谱中的黑线研究

研究了双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射的辐射谱.双V型四能级原子同时与真空热库和双带型光子晶体热库耦合.研究发现双V型四能级原子自发辐射谱中有三种不同原因可能引起的黑线：第一种是由于量子干涉效应;第二种是由于各向同性光子晶体带边处态密度具有奇异性;第三种是真空场中的量子干涉和光子晶体禁带内态密度为零共同作用的结果.通过移动光子晶体的带边位置,在各向同性光子晶体带边引入光滑因子,以及在光子晶体中引入缺陷等对这三种黑线的影响,对上述结果进行了分析和讨论. 关键词： 双带型光子晶体 双V型四能级原子 黑线     

晶体点阵的直接观察

不久前英国学者门特尔用电子显微镜获得晶体点阵的照相,使人们直接看到晶体中原子平面的规则排列及共结构中的一些缺陷。晶体研究有重大的科学和实际意义。人们每天碰到的大多数材料(金属、合金、矿物)都具有晶体结构。很久前人们研究单个的大晶体时,就推想到晶体有规刖的外形是由于其内部结构的规律性所致,推知晶体中的分子或原子分布不是混乱的,而是形成三维窨点阵。这种概念原来只是一种假说,因为在应用X射线研究晶体以前,并没有关于晶体的原子结构的精确     

元素周期律与对称性

 元素周期律是俄罗斯化学家门捷列夫1869年在对自然界中各种元素的化学和物理性质的大量实验资料进行分析比较后,发现元素的性质随着各元素的原子量大小顺序呈现周期性变化而得出的规律。性质相似的元素组成一族。例如惰性气体元素,按原子量大小,依次为氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等,这些元素的原子的电离能特别大(见图1),不易与其他原子结合,在自然界中以单原子分子的形式稳定存在,所以称为惰性气体,在周期表中属于零族元素。     

准晶

一、什么是准晶及准晶的发现过去人们一直把固态物质划分为晶体(crystal)和无序体(amorphous)。晶体在短程和长程上都是有序的,突出的特点是组成晶体的原子或离子在空间排列的点阵具有周期性,即长程平移序。无序体具有短程有序,但在长程上无序,即它的点阵在空间长程范     

二维复式晶格磁振子晶体的带隙结构

提出了一种复式晶格磁振子晶体的模型,该模型由两种铁磁材料散射体周期排列在另一种铁磁材料基底中构成.应用超原胞的思想拓展了平面波展开法,用于数值计算研究自旋波在复式晶格磁振子晶体中的本征性质本文数值计算了由两种大小不同的铁(Fe)-铁(Fe)圆柱体交替正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维复式晶格磁振子晶体的带结构,研究了带隙宽度随体积填充率的变化行为,并与同一铁(Fe)圆柱正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的简单晶格磁振子晶体的带隙结构随体积填充率的变化行为进行了比较.结果表明,利用复式晶格可以优化或调节自旋波带隙的宽度和频率位置.     

GaAs中过渡金属深杂质能级的计算

本文采用41个原子的原子族模型来模拟晶体,用电荷-组态自洽(SCCC)的EHMO方法和在边界上用"类Ga"和"类As"原子来饱和悬挂键,计算了中性过渡金属原子Cr、Mn、Fe、Co、Ni在半导体GaAs中的深杂质态,所得杂质能级在带隙中的位置与实验结果相符。