磁性纳米颗粒膜的微磁学模拟

用微磁学方法对磁性纳米颗粒膜的磁特性进行了模拟，采用的模型是由122个磁性纳米颗粒组成的面心立方(fcc)结构体系.结果表明：在该体系中，偶极相互作用对体系的静态磁结构的影响显著，而交换相互作用的影响表现不明显.在此基础上，本文还采用有效媒质理论计算分析了磁性合金颗粒不同体积比时颗粒膜的磁谱和表征电磁参量发生显著变化的逾渗现象和逾渗阈值.并完成了对高磁损耗磁性纳米颗粒膜的材料设计. 关键词： 微磁学 纳米颗粒膜 逾渗阈值 磁导率 材料设计     

感染生长模型的逾渗模拟

在规则格子点阵中，活跃点逐步动态地以可变概率感染附近空缺点而生成系综.利用感染概率替代系综温度，给粒子划分能级，可以用巨正则系综配分函数表征体系.蒙特卡洛方法模拟验证了该体系在逾渗阈值处的相变行为.提出了一种新的较为普适的估算规则点阵逾渗阈值的方法.对介质基底上金属薄膜的实验研究验证了该感染生长模型的合理性.由此给出了格子点阵的固有属性(逾渗)如何在粒子聚集成团簇这一动态过程中体现出来的物理模型. 关键词： 逾渗 系综 蒙特卡洛方法 生长模型     

二维孔隙裂隙双重介质逾渗规律研究

在孔隙介质逾渗理论的基础上，将另外一个非常重要的渗透通道——裂隙引入到介质的逾渗研究中，提出了更为普遍的孔隙裂隙双重介质的逾渗研究方法.通过对二维平面孔隙裂隙双重介质的数值计算，得到了孔隙裂隙双重介质三个重要参数：孔隙率，裂隙分形维数、裂隙数量分布初值与逾渗概率的关系，给出了孔隙裂隙双重介质逾渗阈值的数学表达式，揭示了孔隙裂隙双重介质的逾渗规律. 关键词： 孔隙 裂隙 双重介质 逾渗 逾渗阈值     

炭黑橡胶复合材料导热逾渗行为

研究了导电炭黑40b2填充天然橡胶复合材料的导热性能和力学性能随炭黑体积分数的变化规律,并采用扫描电子显微镜观察了炭黑橡胶体系内部的炭黑分布状况.结果表明,导热性能随炭黑体积分数的变化规律存在类似于导电逾渗现象的导热逾渗现象,逾渗阈值在8.3%～13.63%之间.在逾渗阈值之后,复合材料的拉伸强度下降.炭黑橡胶复合材料...     

分形聚集逾渗性质的计算机模拟

提出3种模型——小尺寸随机逐次成核生长模型和二维及三维代代聚集生长模型,在不同的近邻条件下和不同尺寸的网格中,通过蒙特卡罗模拟,系统地研究了一维、二维和三维分形聚集的逾渗性质.计算结果显示,分形聚集的逾渗阈值仅取决于空间维数和近邻条件,与模型的网格大小无关,是分形系统固有的临界属性;生长概率等于逾渗阈值时,聚集体可以无限生长并保持分形维数恒定,此时的分形维数只是空间维数的线性函数.     

无规分形衬底上银膜逾渗系统的交流特性

通过对沉积在具有无规自相似结构的α-Al₂O₃断裂面上的银薄膜逾渗系统交流特性的测量,证明了在逾渗阈值p_c附近这一系统的交流电导率和介电常数满足指数临界规律和普适标度关系。还给出了这种逾渗系统的电容与直流电阻的关系,并对其意义作了讨论。 关键词：     

逾渗分立时间量子行走的传输及纠缠特性

在一维分立时间量子行走中,通过静态和动态两种方式随机地断开连接边引入无序效应,研究了静态逾渗和动态逾渗对量子行走传输特性以及位置自由度和硬币自由之间纠缠的影响.随着演化时间的增加,静态逾渗会使得量子行走从弹道传输转变为安德森局域化,而动态逾渗则会使之转变为经典扩散.理想情况下,量子纠缠在较短的时间内就达到一个常数值E_0.静态逾渗量子行走的纠缠减小,并随着时间做无规振荡,而动态逾渗量子行走的纠缠则会随着时间光滑地增加,并在某一时间超过理想情况下的常数值,表现出动态逾渗增强量子纠缠的特性.     

栅氧化层介质经时击穿的逾渗模型

在研究了MOSFET栅氧化层介质经时击穿物理机制的基础上，提出了氧化层击穿的逾渗模型.认为氧化层的击穿是E′心和氧空位等深能级缺陷产生与积累，并最终形成电导逾渗通路的结果.指出在电场作用下，氧化层中产生深能级缺陷，缺陷形成定域态，定域态的体积与外加电场有关.随着应力时间的增长，氧化层中的缺陷浓度增大，定域态之间的距离缩小.当定域态之间的距离缩小到一个阈值时，定域态之间通过相互交叠形成逾渗通路，形成扩展态能级，漏电流开始急剧增大，氧化层击穿. 关键词： 栅氧化层 TDDB 逾渗 模型     

分子动力学模拟冷却速率对非晶合金结构与变形行为的影响

非晶合金因具有独特的无序结构、优异或独特的各种性能以及良好的应用前景,而受到专家学者的广泛关注.其中,制备过程中的冷却速率对非晶的结构与性能起着非常重要的调控作用.本文采用分子动力学的模拟方法,分别以4种冷却速率获得相同尺寸的Zr_(48)Cu_(45)Al_7三元非晶合金的制备态原子结构模型,并模拟了各制备态模型的压缩变形过程.在此基础上系统地研究冷却速率对非晶微观结构及其变形行为的影响.研究表明:在施加大冷却速率时,非晶合金保留更多高温液态的结构特征,如五次对称性低的团簇数量较多,原子堆积较为松散,自由体积含量更多,并存在更多的"类液区".上述大冷却速率所对应的结构特征导致了非晶发生变形时,屈服强度降低,表现出软化行为,同时降低了剪切带形成与发生局域化变形的概率,从而提高了非晶的塑性.     

含随机裂纹网络孔隙材料渗透率的逾渗模型研究

采用逾渗理论对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究. 开裂孔隙材料渗透率的影响因素包括裂纹网络的几何特征、孔隙材料本体渗透率以及裂纹开度, 本文使用连续区逾渗理论模型建立了渗透率的标度律. 对于裂纹网络的几何特征, 本文基于连续区逾渗理论并考虑裂纹网络的分形特征提出了有限区域内二维随机裂纹网络的连通度定义; 对随机裂纹网络的几何分析表明, 随机裂纹局部团簇效应会降低裂纹网络的整体连通性, 随机裂纹网络的标度指数并非经典逾渗理论给出的固定值, 而是随着网络的分形维数的减小而增大. 本文在网络连通度和主裂纹团的曲折度的基础上, 提出了开裂孔隙材料渗透率标度律的解析表达, K=K₀(K_m,b)(ρ-ρ_c)^μ, 分别考虑了裂纹网络的几何逾渗特征 (ρ-ρ_c)^μ、孔隙材料渗透率K_m 以及裂纹开度比b; 对有限区域含有随机裂纹网络的孔隙材料渗透过程的有限元模拟表明, K₀ 在裂纹逾渗阈值附近与b呈指数关系, 但当裂纹的局部渗透率与K_m比值高于10⁶ 后, 开度比b对渗透率不再有影响.     

金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.     

Critical Behavior of Nonlinear Properties in Percolating Superconductor/Nonlinear-Normal Conductor Networks

The critical behavior of nonlinear response in random networks of superconductor/nonlinear-normal conductors below the percolation threshold is investigated. Two cases are examined: (i) The nonlinear normal conductor has weakly nonlinear current (i)-voltage (ν) response of the form ν = ri + bi^α (bi^α-1《t and α > 1). Both the crossover current density and the crossover electric field are introduced to mark the transition between the linear and nonlinear responses of the network and are found to have power-law dependencies ～(f_c - f)^H and ～(f_c - f)^M as the percolation threshold f_c of the superconductor is approached from below, where H = ν_d - s_d > 0, M = ν_d > 0, ν_d and s_d are the correlation length exponent and the critical exponent of linear conductivity in percolating S/N system respectively; (ii) The nonlinear-normal conductor has strongly nonlinear ν-i response, i.e., i = X^να The effective nonlinear response X_e, behaves as X_e ～(f_c - f)^-W(α), where W ( α ) is the critical exponent of the nonlinear response x_e(α) and is α-dependent in general. The results are compared with recently published data, reasonable agreement is found.     

Y对Fe-Si-B 合金非晶形成能力及软磁性能的影响

本文通过铜模吸铸法和单辊甩带法分别制备出一系列楔形试样和非晶条带试样, 系统研究了稀土金属Y对Fe₇₈Si₉B₁₃合金非晶形成能力及其软磁性能的影响. 结果表明, 少量Y取代 Fe-Si-B 非晶合金中的Fe 可大大提高该合金的非晶形成能力并促进过冷液相区的产生. 当Y含量为3 at.%时, 合金具有最大的非晶形成能力, 其临界厚度为313 μm, 相应的非晶过冷液相区宽度达到65 K. 该系列非晶合金具有优良的软磁性能, 其矫顽力(H_c)均低于200 A/m, Y含量为1 at.%时, 饱和磁感应强度(B_s) 达到最大值1.67 T.     

Characterization by electrolyte electroreflectance and X-ray photoelectron spectroscopy of amorphous Ni59Nb40Pt1−xSnx alloys and their activation by HF solutions

The influence of chemical etching with HF on the nature of the surface of amorphous Ni₅₉Nb₄₀Pt_1−xSn_x alloys has been studied in situ by electrolyte electroreflectance (EER) and ex situ by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The EER spectrum of the untreated alloy in 0.5 M H₂SO₄ shows a bipolar band, which disappears after the HF treatment yielding a structureless EER spectrum similar to that of Pt, but reappears after several hours in the 0.5 M H₂SO₄ electrolyte. This process of dissolution by HF of an oxide species and its reappearance after a few hours cannot be followed by XPS, since the time interval between sample withdrawal from the electrolyte and actual measurement is of a few hours as well. XPS spectra showed the presence of metallic Nb before and after the HF treatment, and that niobium pentoxide was the main species in the as-quenched alloy, but that after treatment with HF it became a minor component, the main one being NbO. The main effect of the HF treatment is to produce a platinum enrichment of the surface, as unequivocally determined by cyclic voltammetry, XPS and EER. After Ar sputtering for 9 min the XPS spectrum of the untreated alloy showed metallic Nb only, while in the HF-treated alloy the peaks of metallic Nb were swamped by those of NbO and some Nb₂O₅. We interpret this difference as being due to the formation by the HF attack of a porous Nb film which becomes oxidized in the electrolyte and/or during transfer to the spectrometer, and so thick that it is not eliminated by Ar sputtering for 9 min.     

粉末状态对激光立体成形Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金晶化行为的影响

基于金属熔体结构的遗传性, 激光熔池的快速熔凝导致粉末的晶化状态可能会对最终成形件的晶化产生重要影响, 理清其影响规律对于制备大块非晶合金具有重要意义. 本文选取等离子旋转电极法所制粉末和1000 K退火态粉末为沉积材料, 采用激光立体成形技术沉积Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅块体非晶合金, 考察了粉末中已有晶化相对熔池及热影响区晶化行为的影响. 结果发现, 原始粉末组织由非晶相及粗大的Al₅Ni₃Zr₂相组成; 当激光线能量较低时, 相应熔覆层的熔池和热影响区皆含有Al₅Ni₃Zr₂相; 随着线能量的提高, 熔池中Al₅Ni₃Zr₂相消失, 保持了非晶态, 但热影响区晶化加重, 并有大量Al₅Ni₃Zr₂相析出; 当采用退火态粉末时, 即使线能量较小, 相应熔覆层仍主要由非晶构成, 几乎无Al₅Ni₃Zr₂相析出. 这是由于原始粉末在退火时其微观结构发生重排, 与Al₅Ni₃Zr₂相关的原子短程/中程有序结构减少, 导致已沉积层非晶区的热稳定性提高, 不利于Al₅Ni₃Zr₂相析出. 可见, 提高线能量将会加剧非晶沉积体的晶化, 而粉末中的Al₅Ni₃Zr₂团簇相状态对Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金沉积层的晶化有重要影响.     

非晶力学流变的自组织临界行为

非晶材料是由液体快冷冻结而成的结构无序的亚稳态固体.在受力条件下,非晶材料表现出独特和复杂的流变行为,具有跨尺度的高度时空不均匀特征,并在一定条件下表现出自组织临界行为,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.本文结合作者近年来在非晶合金流变行为方面的研究结果,对非晶材料流变的研究进展和物理机制的认识进行介绍,包括非晶材料流变的跨尺度特征、表征和微观结构机制,以及近年来发现的非晶力学流变的自组织临界行为、物理机制等.最后,对非晶材料流变行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

CuHg_2Ti型Ti_2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

利用第一性原理计算方法,研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK(K=Sb,Ge,Sn,Sb,Bi)系列合金的电子结构、能隙起源和磁性.研究发现:Ti2CrK(K=Si,Ge)合金是普通半导体材料;Ti2CrK(K=Si,Bi)合金是亚铁磁性半金属材料,其半金属性能隙受到Sb和Bi原子s态的直接影响;Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体.基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同,通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度,获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料;通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料.Ti2Cr1-xFexSn和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性.所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18规则.     

深过冷液态Al-Ni合金中枝晶与共晶生长机理

在自由落体条件下实现了液态Al-4 wt.%Ni亚共晶、Al-5.69 wt.%Ni共晶和Al-8 wt.%Ni过共晶合金的深过冷与快速凝固. 计算表明, (Al+Al₃Ni)规则纤维状共晶的共生区是4.8–15 wt.%Ni成分范围内不闭合区域, 且强烈偏向Al₃Ni相一侧. 实验发现, 随液滴直径的减小, 合金熔体冷却速率和过冷度增大, (Al)和Al₃Ni相枝晶与其共晶的竞争生长引发了Al-Ni 共晶型合金微观组织演化. 在快速凝固过程中, Al-4 wt.%Ni亚共晶合金发生完全溶质截留效应, 从而形成亚稳单相固溶体. 当过冷度超过58K时, Al-5.69 wt.%Ni 共晶合金呈现从纤维状共晶向初生(Al) 枝晶为主的亚共晶组织演变. 若过冷度连续增大, Al-8 wt.%Ni过共晶合金可以形成全部纤维状共晶组织, 并且最终演变为粒状共晶.     

小角X射线散射表征非晶合金纳米尺度结构非均匀

表征纳米尺度结构非均匀对于理解非晶合金的变形、弛豫等动力学行为至关重要.受时空尺度限制,非晶合金纳米尺度结构非均匀的实验表征具有很大的挑战性.本文针对一种典型的锆基非晶合金,开展了同步辐射小角X射线散射原位拉伸实验.通过对散射曲线的定量分析,揭示了非晶合金在纳米尺度的非均匀结构图像.首先,Porod散射曲线呈现正偏离行为,表明非晶合金属于非理想两相散射体系,两相界面弥散且任一相内都存在电子密度涨落.基于散射曲线的Guinier定律分析,进一步揭示非晶合金中散射体形状远偏离球形,其特征尺度主要分布在0.8—1.6 nm之间,且在弹性变形阶段几乎不变.最后,通过Debye相关函数分析,发现这些纳米尺度散射体仅在1 nm之内存在强关联,符合非晶合金短程有序、长程无序的结构特征.研究结果表明非晶合金中存在具有复杂空间分布的纳米尺度非均匀结构.