高压下TiO2纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为

采用水热合成法制备了锐钛矿相TiO₂纳米线,并通过原位高压阻抗谱测量技术研究了TiO₂纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为随压力的变化关系.研究结果表明:在0—34.0 GPa压力区间,锐钛矿TiO₂纳米线的传导机制为电子电导.TiO₂纳米线晶粒和晶界电阻以及弛豫频率在8.2—11.2 GPa压力区间均出现了不连续变化行为,此压力区域对应着由锐钛矿相到斜锆石相的结构转变,并且相变从晶粒表面逐渐延伸到晶粒内部.晶粒激活能和晶界激活能均随压力的增加而减小,说明压力对样品电导率的贡献为正.在所测压力范围内,空间电荷势始终为正值,表明在空间电荷区阴离子缺陷更易形成,氧缺陷是TiO₂纳米线相变的主要诱因.     

微区Raman光谱在TiO_2高压结构相变研究中的应用

本文以金红石单晶TiO2和锐钛矿多晶TiO2为研究对象,应用金刚石小压机和原位拉曼光谱测量技术,系统研究了室温高压下TiO2的结构相变。原位拉曼测量表明,金红石单晶TiO2在压力达到12.91GPa时开始发生由金红石结构向斜锆石结构(MI)的相变,当压力达到14.16 GPa时,相变完成;继续加压到21.65 GPa,没有发现进一步的相变;卸压时由斜锆石结构转变为PbO2结构,相变发生在大约7.11 GPa处。锐钛矿多晶TiO2在压力达到4.26 GPa时开始向PbO2结构转变,当压力达到8.34 GPa时相变完成;继续加压到12.94 GPa,样品开始发生由PbO2结构向斜锆石结构的相变,当压力达到18.74 GPa时相变完成;继续加压到21.39 GPa,没有发现进一步的相变;卸压时也由斜锆石结构转变为PbO2结构,起始相变压力点应高于8 GPa。     

金红石高温高压相变的Raman光谱特征

以Ar作压力介质,在准静水压力条件下,利用激光加热DAC技术和显微Raman光谱原位测试技术,在0～35 GPa压力范围开展金红石的高温高压相变研究。在室温条件下,金红石结构TiO₂于13.4 GPa开始转变成斜锆石相,于21 GPa时转变完全,并直到35 GPa时斜锆石相稳定存在。在压力分别为29.4和35.0 GPa时,用YAG激光器发出的波长为1.064 μm的红外激光束扫描加热样品,TiO₂斜锆石高压相转变成另一Pbca结构高压相。卸压时,Pbca相于26.3 GPa时转变成斜锆石相。斜锆石相转变成Pbca相需要加热才能发生,而卸压时却在较小的压力区间即迅速转变完全,两相转变压力边界在28 GPa左右。进一步卸压,斜锆石相直到11 GPa仍稳定,在7.6 GPa时斜锆石相与α-PbO2相两相共存,5 GPa时完全转变成α-PbO₂相,并直到常压该相以亚稳定态存在。     

CaF2纳米晶粒结构相变行为的尺寸依赖性（英文）

利用原位高压同步辐射X射线衍射方法,对尺寸为11 nm的CaF₂纳米晶粒进行高压结构相变和压缩特性研究。当压力为12 GPa时,观察到由萤石结构向α-PbCl₂结构转变的一次相变,该相变压力点远高于体材料,但略低于粒径更小的CaF₂纳米晶体。相比体材料,纳米尺寸的CaF₂样品的体弹模量更大,说明其更难被压缩。当压力释放至常压时,11 nm的CaF₂纳米晶粒的α-PbCl₂型亚稳相结构被保留下来,相变不可逆。分析了影响11 nm CaF₂纳米晶粒独特高压行为的原因,判定尺寸效应为主要因素,该尺寸下较高的表面能导致结构稳定性增强和体积模量增加。     

高压下纳米晶ZnS晶粒和晶界性质及相变机理

采用高压在位交流阻抗谱技术,研究了ZnS纳米晶在0—29.8 GPa压力范围内的晶粒和晶界性质变化及相关相变机理.从晶粒和晶界的模谱图像中观察到,随着压力的增加,象征晶界影响的圆弧逐渐增加,而代表晶粒作用的圆弧逐渐减弱.此外,晶粒电阻和晶界电阻随压力的升高呈现不同的变化速率,并在11和15 GPa处出现了不连续变化点,分别对应着由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相结构转变的压力点.进一步通过分析相变过程中晶界弛豫频率随压力的线性变化关系,研究了ZnS由纤锌矿到闪锌矿到岩盐相的相变机理.     

La-Ce共掺杂锐钛矿TiO2的缺陷形成能和电子结构分析

采用基于密度泛函的第一性原理研究了稀土元素La、Ce共掺杂锐钛矿相TiO₂的缺陷形成能,缺陷电荷转变能级以及电子结构.研究发现,富氧状态下La、Ce掺杂以及La-Ce共掺的缺陷形成能均为负值,而贫氧状态下La、Ce掺杂形成能为正,表明La、Ce的掺杂TiO₂只能在氧气氛制备条件下进行;替代Ti掺杂缺陷电荷转变能级计算结果表明:0/1-的缺陷电荷转变能级分别位于VBM上面0.522 eV及2.440 eV处;与纯锐钛矿相TiO₂相比,La、Ce单掺杂以及La-Ce共掺杂均能减小TiO₂的禁带宽度,但共掺杂体系的禁带宽度更窄,因此共掺杂体系将更有利于提高TiO₂对可见光的响应能力和光催化性能.     

二维层状材料FePSe3的高压物性

FePSe₃在高压下会出现半导体到金属的转变、超导电性以及高自旋到低自旋的转变等多种有趣的物理现象，但目前对其在高压下的晶体结构分析仍以理论研究为主，结构的不确定阻碍了对其物理性质的深入研究。为此，利用金刚石对顶砧结合高压拉曼光谱、高压同步辐射X射线衍射以及高压电输运测量，对FePSe₃在高压下的行为进行了研究。结果表明，FePSe₃在低于60.0 GPa的压力范围内经历了3次结构相变，完成了LP—HP1—HP2—HP3的转变。首次在实验上观测到FePSe₃的高压新相HP2和HP3，并给出其可能的空间对称群。HP2相和HP3相具有超导电性，超导温度随压力的升高而降低，致使超导相图呈现“穹顶”状。研究结果为进一步厘清FePSe₃的压致相变行为提供了重要的实验支撑。     

钪与氧空位共掺杂锐钛矿相TiO2的形成能与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了钪(Sc)、氧空位(O_V)单/共掺杂锐钛矿相TiO₂,对晶体结构、形成能以及电子结构进行了对比分析.研究结果表明，Sc-TiO₂在富氧环境下缺陷形成能为负值，富钛环境下缺陷形成能为正值，表明Sc-TiO₂只能在富氧环境下制备；O_V-TiO₂、Sc-O_V-TiO₂在富氧或富钛环境下缺陷形成能均为负值，但富氧环境下形成能更低；O_V-TiO₂的0/1-缺陷电荷转变能级为深能级，而Sc-TiO₂的0/1-缺陷电荷转变能级则属于相对较浅能级；与纯锐钛矿相TiO₂相比，Sc-TiO₂的禁带宽度略有减小，但O_V-TiO₂、Sc-O_V-TiO₂禁带宽度变宽.     

等静压下0.75Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-0.25PbTiO3陶瓷的介电性能研究

研究了等静压对0.75Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-0.25PbTiO₃（PMN-25PT）陶瓷介电温谱的影响,PMN-25PT剩余极化随等静压变化和等静压压致相变.结果表明,随着压力增加,PMN-25PT的介电峰值温度T_m降低,/+{dT_m}/-{dP}≈-4℃/kbar,极化弛豫增强;剩余极化随压力增加连续减小;介电常数对压力的依赖关系与对温度场的依赖相似,压力诱导PMN-25PT发生弛豫铁电—顺电相变,相变为宽化的渐变过程,频率色散和极化弛豫更加强烈和普遍. 关键词： 铌镁酸铅-钛酸铅 等静压 介电弛豫 压致相变     

Hf-C体系的高压结构预测及电子性质第一性原理模拟

本论文中, 采用晶体结构预测软件USPEX结合第一性原理方法全面地搜索了Hf-C体系在高压下的晶体结构, 预测得到了两种新的化合物及HfC在高压下的相变路径. 压力低于100 GPa 时, 除了常压下的结构HfC, Hf₃C₂, Hf₆C₅, 并没有得到新的热力学稳定结构. 在200 GPa时, 预测得到了一种新化合物——Hf₂C, 空间群为I4/m; 且HfC的结构发生了相变, 空间群由Fm3m变为C2/m. 在300 GPa时, 预测得到了另一种新化合物——HfC₂, 空间群为Immm. 而在400 GPa时, HfC的结构再次发生相变, 空间群为Pnma. 通过能量计算, 得到了Hf-C体系的组分-压力相图: 在压力分别低于15.5 GPa和37.7 GPa时, Hf₃C₂和Hf₆C₅是稳定的; 压力分别大于102.5 GPa和215.5 GPa时, Hf₂C和HfC₂变成稳定化合物; HfC的相变路径为Fm3m→C2/m→Pnma, 相变压力分别为185.5 GPa 和322 GPa. 经结构优化后, 得到了这四种高压新结构的晶体学数据, 如晶格常数、原子位置等, 并分析了其结构特点. 对于Hf-C 体系中的高压热力学稳定结构, 分别计算了其弹性性质和声子谱曲线, 证明是力学稳定和晶格动力学稳定的. 采用第一性原理软件VASP模拟高压结构的能带结构、态密度、电子局域函数和Bader 电荷分析, 发现HfC(C2/m, Pnma结构), Hf₂C 和HfC₂ 中Hf-C 键具有强共价性、弱金属性和离子性, 且C-C 间存在共价作用.     

高压下ZnSe直流和交流电学性质的研究

采用高压原位测量技术在0–35 GPa压力范围内对ZnSe直流和交流电学性质进行了研究. 通过分析直流电学测量结果可知,在实验压力区间内ZnSe经历了由纤锌矿转变为朱砂相再转变为岩盐相的两次相结构转变. 分析温度与材料电阻率的变化关系表明ZnSe在高压下的相变为金属化相变,并通过交流阻抗谱的测量实验证实了这个结论. 进一步比较低压条件下晶粒和晶界电阻的变化,表明朱砂相结构的ZnSe更接近各向同性材料. 关键词： 高压 ZnSe 电学     

高压导致纳米TiO2形变的电子显微研究

α-PbO₂相TiO₂高压相具有适宜的带隙能和可见光范围的光催化能力,是一种适用于可见光、高效且环保的光催化材料.本文使用金刚石对顶压砧对锐钛矿纳米球进行加压-卸压处理得到了α-PbO₂相TiO₂高压相.利用透射电子显微镜对比初始样品和卸压样品,观察结果表明晶粒发生了明显形变,高分辨图显示其晶粒中存在大量[100]方向层错和形变孪晶,其中亚微米级晶粒中形成了透镜形片层结构的形变孪晶带;纳米级晶粒中形成了扇形多重形变孪晶.研究表明高压下锐钛矿TiO₂可以发生明显的形变,其形变的微观机制与金属类似,主要为形变孪晶和层错滑移,形变孪晶的形成存在明显的尺寸效应.这些结果为TiO₂高压相变的尺寸效应研究提供了一个新的切入点,同时还为制备孪晶α-PbO₂相TiO₂高压相提供了方法.     

等静压和温度诱导的PbLa(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷相变和介电性能研究

研究了等静压和温度诱导掺镧La的Pb(Zr,Sn,Ti)O₃(PLZST)陶瓷材料的铁电反铁电相变、介电压力谱和介电温度谱,研究了温度对压致相变和介电压力谱的影响,结果发现温度使铁电反铁电相变压力降低,介电压力谱具有明显的扩散相变和频率弥散的特点;研究了等静压对介电温度谱的影响,结果表明等静压使铁电反铁电相变温度降低,反铁电顺电相变温度升高.这些现象有利于丰富和拓宽人们对温度和压力诱导的多组元弛豫型铁电体和弛豫型反铁电体扩散相变和弛豫行为的认识和理解. 关键词： 等静压和压致相变 铁电反铁电相变 介电压力谱 介电温度谱     

高压下金红石的拉曼光谱分析

常温下利用金刚石压腔装置(DAC)对金红石加压至40GPa,进行拉曼光谱的原位分析.发现压力约为13GPa时,金红石结构转变为斜锆石结构(ZrO2).21.1GPa相变完全.直至实验最高压力,没有进一步相变出现.在卸压中,斜锆石结构转变为α-PbO2结构.实验压力通过红宝石用拉曼光谱测压的计算方法确定,快速方便.     

铁电体中极化长程涨落的光子关联谱实验研究

从极化团簇的随机涨落出发, 利用维纳过程模型, 推导了铁电体中极化长程涨落的弛豫规律以及光强自相关函数所可能的表现形式. 阐述了微观极化团簇的弛豫过程与宏观测量弛豫规律之间的联系. 通过对原有氦氖激光光子关联谱实验装置进行改进, 观测了BaTiO₃和0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃单晶中极化团簇长程涨落在居里点和立方到四方相变点附近的弛豫过程. 在BaTiO₃中发现极化团簇长程涨落在居里点之上4 K存在双弛豫现象, 此现象与其有序无序相变机理相联系. 在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃中发现极化团簇长程涨落在相变点两侧都存在双弛豫现象. 利用推导的理论结果很好地拟合了实验结果并提取了极化团簇长程涨落的弛豫时间. 两种样品中极化团簇长程涨落的弛豫时间都在相变点出现突变, 并呈现临界慢化现象.     

插层FeSe高温超导体的高压研究进展

通过对FeSe进行化学插层可以将其超导转变温度（T_c）从约8 K提高到40 K以上,实现高温超导电性.最近,我们对两种插层FeSe高温超导材料（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se和Li_0.36（NH₃）_yFe₂Se₂开展了高压调控研究,发现压力会首先抑制高温超导相（称为SC-I相）,然后在临界压力P_c以上诱导出第二个高温超导相（称为SC-Ⅱ相）,呈现出双拱形T-P超导相图.这两个体系的P_c分别约为5和2 GPa,两个体系SC-Ⅱ相的最高T_c分别可以达到约52和55 K,比相应SC-I相的初始T_c提高了10 K.对（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se的正常态电输运性质分析表明,SC-I和SC-Ⅱ相的正常态分别具有费米液体和非费米液体行为,意味着这两个超导相可能存在显著差异.此外,还发现这两个体系的SC-Ⅱ相的T_c与霍尔系数倒数1/R_H（∝载流子浓度n_e）具有很好的线性依赖关系.对（Li_0.84Fe_0.16）OHFe_0.98Se的高压X射线衍射测量排除了其在10 GPa以内发生结构相变的可能,因此P_c以上SC-Ⅱ相的出现和载流子浓度的增加很可能起源于压力导致的费米面重构.     

高压下纳米锗的状态方程与相变

采用同步辐射能量色散X射线衍射技术和金刚石对顶砧高压装置，对晶粒尺寸分别为13，49，100nm的Ge进行了原位高压X射线衍射实验，最高压力为35GPa. 所得的体弹性模量分别为112，92，88GPa. 可以看出 随着晶粒尺寸的减小，其体弹性模量逐渐升高. 同时由立方金刚石结构转变为四方白锡结构的相变压力亦随之提高，其值分别为16.4，12.4，11.5GPa. 建立了一个描述晶粒尺寸与体弹性模量关系的模型，并用理论公式计算了相变压力随晶粒尺寸的变化. 尽管在数值上存在一定的误差，但理论计算结果成功预示了随着晶粒尺寸的减小，体弹性模量和相变压力增加的趋势，与实验结果相一致.     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。     

静压下LiYF4：Eu的发射光谱

室温下,利用金刚石对顶砧压机,在常压到15GPa压力范围内,测量了LiYF₄:Eu的发射光谱,研究了⁵D_0,1和⁷F_1-4各多重态晶场能级随压力的变化。当升压或降压经过10.0～10.5GPa压力范围时,发射光谱发生显着变化,某些谱线劈裂为两条,表明LiYF₄:Eu发生了结构相变,晶体对称性降低。     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势：O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti₁和Ti₂空位的产生均使O₁自发地与周围的O原子团聚,O_i原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti_i2缺陷几乎 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 点缺陷 表面结构