Co+离子注入单晶TiO2铁磁性来源与微结构研究

在室温下,将能量为80 keV, 注量分别为1×1016和1×1017ions/cm2的Co+离子注入到10 mm×10 mm×0.5 mm的单晶TiO₂样品。在氮气保护下, Co+离子注量为1×1017 ions/cm2时样品在温度为900 ℃的条件下退火30 min。 利用超导量子干涉仪 （SQUID）测量样品磁性, 并应用X射线衍射（XRD）和扩展边X射线吸收精细结构谱（EXAFS）研究Co+离子注入后样品的微观结构。 样品磁性测量结果表明:Co+离子注入后的样品具有室温铁磁性, 并且其饱和磁化强度的大小与Co+离子注量及样品是否经退火处理有关。 EXAFS研究表明: Co元素在Co+离子注量为1×1017ions/cm2的样品中主要以团簇形式存在;样品经退火处理后, Co团簇消失, 并发现Co部分替代TiO₂单晶中的Ti。Co+离子注入后, 在样品中形成Co团簇与否受离子注量的影响。 阐述了样品微观结构与铁磁性来源之间的关系。 At room temperature, monocrystalline plates of rutile (TiO₂) were implanted with cobalt ions of an energy of 80 keV to fluences of 1×1016 and 1×1017 ions/cm2 respectively . The 1×1017 ions/cm2 Co implanted samples were annealed in nitrogen at 900 ℃ for 30 min. The magnetic properties of Co implanted samples were measured with a superconducting quantum interference device magnetometer (SQUID) at room temperature. Furthermore, the X ray diffraction (XRD) and Extended X ray Absorption Fine Structure (EXAFS) were applied to investigate the structural and compositional properties of Co implanted samples. The magnetic measurements of samples showed that the size of the saturation magnetization of the Co implanted samples were related to the fluence of ions, and the saturation magnetization of the sample after annealed decreased significantly. The EXAFS measurements showed the presence of cobalt metallic clusters in the sample implanted to ion fluence of 1×1017 ions/cm2. The Co metallic clusters disappeared in the sample after annealed, and resulted in the oxidized Co, which is presumed to substitute into the Ti site. The formation of Co clusters or not was determined by the ion fluence. The relation between ferromagnetic behavior and microscopic structure of the Co implanted samples is discussed.     

AlFe单晶薄膜微结构与热力学性质研究

采用PLD方法,在573 K条件下制备了AlFe单晶合金薄膜.X射线衍射与透射电子衍射表明,AlFe空间点群为PM-3M,晶格常数a =0.297 nm (略大于bcc-Fe的晶格常数,a =0.293 nm),且AlFe晶体结构为bcc-Fe晶格体心Fe原子被Al取代产生的新结构.采用第一性原理与准谐德拜模型研究了AlFe合金的化学势与热力学性能,计算表明AlFe合金具有更低的化学势,导致在生长过程只出现AlFe相.与此同时,AlFe合金具有与bc 关键词： PLD AlFe单晶薄膜 第一性原理 准谐德拜模型     

高纯CdS单晶生长及光学性质

本文报道用物理蒸气输运(PVT)法,通过对原料的提纯和控制组分蒸气压生长出高纯CdS单晶.叙述了控制晶体化学比的方法并通过比较CdS的激子光谱以评价材料的纯度.     

强CO_2激光退火时离子注入Si的光学性质

本文测量了砷离子(As~+)注入的Si在连续CO_2激光辐照下光的椭圆偏振参数、反射率、表面薄层电阻率随时间的变化。从(?)、△、R、ρ的变化看出Si注入层的激光退火是在一定的时间、温度条件下迅速完成的。     

掺Ge锐钛矿相TiO_2光学性质的计算

合理的掺杂是改善TiO_2活性,使其光催化性能在可见光照射下发挥作用的最有效途径之一,本文利用基于密度泛函理论的第一原理全电势线性缀加平面波方法计算掺Ge锐钛矿相TiO_2介电函数的实部、虚部和光学吸收系数.计算结果显示掺Ge锐钛矿相TiO_2介电函数虚部谱发生蓝移,与实验趋势相符;通过不用剪刀算符和固定晶格常数两方案研究掺Ge前后光谱的平移,得到蓝移是由于Ge原子替代Ti原子后晶胞体积减小造成.     

D-丙氨酸单晶低温变温光学性质的研究

用PEM-90光弹调制器和透射偏振光的方法,研究D-丙氨酸单晶结构低温变温光学性质的变化.D-丙氨酸单晶是双轴晶体,晶体各向异性,先测定劳埃像,结合D-丙氨酸晶体特征,确定晶面为[010]面.由于电弱力宇称不守恒,D-和L-丙氨基酸分子间存在宇称破缺能差,Salam预言在某临界温度(～250 K)下,D-氨基酸分子会发生二级相变.在218～290 K,通过原位测量D-丙氨酸晶体的旋光性质(I2f/Ide)随温度的变化,发现D-丙氨酸晶体在250 K左右有明显的旋光相变,与前期D-缬氨酸晶体低温相变结果相类似,从而为Salam预言的二级相变提供了佐证.     

Zn、Cu共掺杂TiO_2∶SiO_2薄膜材料的光学性能研究

用溶胶-凝胶法制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2凝胶,旋转法于玻璃基底涂膜,制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜,探讨了煅烧温度、煅烧时间及掺杂比例对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FESEM、FTIR等测试技术对薄膜进行表征,并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。XRD测试结果显示:薄膜样品的晶型为锐钛矿型,结晶良好。SEM谱图显示:薄膜微粒粒径小,分布均匀,表面平整、致密且无明显裂痕;紫外-可见光谱(UV-Vis)表明:Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜在紫外区和可见光区的吸光度明显增加,提高了对光的利用率;光催化性能测试表明:与纯相TiO_2对比,Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜对甲基橙的光催化降解率有较大提高,在600℃下焙烧2h的掺杂的量比为n(Ti)∶n(Si)∶n(Zn)∶n(Cu)=3∶2∶1.5∶4的薄膜样品光催化降解率最高。     

TiO_2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型Ti O2纳米管(D16)的几何构型、电子结构和光学性质.结果表明:随着管径增大,体系单位Ti O2分子的形成能降低,体系趋于稳定;在管径14左右,(n,0)型Ti O2纳米管会发生一次构型的转变.能带分析显示,Ti O2纳米管的电子态比较局域化,小管径下(D14)其导电性更好;随着构型的转变,Ti O2纳米管由直接带隙转变为间接带隙,并且带隙值随着管径的增大而增大,这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果.两种效应的竞争,使得Ti O2纳米管的介电函数虚部ε2(ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移,管径大于9(即(8,0)管)之后,Ti O2纳米管的光吸收会出现明显的增强.     

Cu2O半导体超微粒子的光学性质

本文研究了表面修饰的Cu2O半导体超微粒子的光学性质.在Cu2O超微粒子中未观察到显著的量子尺寸效应,但测量到很强的宽带光致发光,且随着激发波长变短,其发光带的峰位蓝移,发光带宽度增加.最后,分析了Cu2O超微粒子的宽带发光机制,并讨论了热处理对超微粒子的发光强度的影响.     

LaFeAsO单晶各向异性光学性质的第一性原理研究

使用密度泛函第一性原理研究了高温超导体LaFeAsO各向异性的光学性质。在描述光学性质的计算原理和计算方法的基础上, 计算了LaFeAsO的态密度、光电导谱、反射谱以及电子能量损失谱。光电导谱中, x方向与z方向有着很大差别, 在沿x方向的第一个带间吸收峰出现在1.3 eV处, 沿z方向出现在1.5 eV处; 在反射谱与电子能量损失谱中, x方向与z方向的特征峰位置在能量较高处都是相互吻合的。分析认为, 主要是电子在Fe原子之间的各个态间的跃迁所引起。考虑到温度效应对其光学性质的影响, 在计算光学矩阵元时, 加入Lorentz展宽δ=0.10 eV。本文的研究结果, 可为实验制备以及材料性质的研究提供有价值的参考。     

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

Cu/Co掺杂FeS_2电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理,对Cu/Co掺杂前后FeS_2的几何结构、电子结构和光学性质分别进行了计算与分析。分析结果表明,掺杂FeS_2晶格常数变大,禁带宽度减小,电导率增大。掺杂后介电函数虚部、吸收系数和能量损失谱的主峰均出现红移、峰值减小。共掺杂后FeS_2的光跃迁强度明显增强,可见光区的光吸收系数和光电导率均增大,说明Cu-Co共掺杂显著增强了FeS_2对光的吸收且提高了光电转换效率。     

Cr和C共掺TiO_2的电子结构和光学性质的研究

利用第一性原理计算,研究了Cr与C共掺锐钛矿型TiO_2的能带的结构,态密度和光学性质.我们构建了两种不等价的Cr与C紧邻共掺体系:CrC_1-TiO_2和CrC_2-TiO_2.CrC_1-TiO_2体系在价带上方出现了主要由C-2p轨道和Cr-3d轨道耦合成的子带.同时,由于姜-泰勒变形效应,Cr-3d轨道的t_(2g)轨道进一步分裂的成Cr-3d_(yz)轨道在导带底形成附加带,有效带隙较纯TiO_2相比变窄了0.84eV.CrC_2-TiO_2体系带隙中有深带隙态存在,由于深间隙态的存在,价带顶到深带隙的能量宽度为0.84eV,电子从价带顶转移到导带底的所需要的能量将大大减小.最后,我们对纯TiO_2和Cr与C紧邻共掺TiO_2的光学特性进行了计算.结果显示Cr与C共掺TiO_2的光学吸收谱都有很好的可见光区域分布,大大提高了太阳光的利用率.     

Cu掺杂SnO_2/TiO_2复合薄膜的制备及性能研究

制备Cu掺杂的纳米Sn O2/Ti O2溶胶,采用旋涂法在载玻片上镀膜,经干燥、煅烧制得Cu掺杂的Sn O2/Ti O2薄膜,通过对比实验探讨掺杂比例、条件、复合形式等对结构和性能的影响。采用XRD、SEM、EDS、UVVis等测试手段对样品进行表征,并以甲基橙为探针考察了其光催化降解性能。XRD测试结果显示薄膜的晶型为锐钛矿型,结晶度较高。SEM谱图显示薄膜表面无明显开裂,粒子分布均匀,粒径约为20 nm。EDS测试结果表明薄膜材料中含有Cu元素,谱形一致。UV-Vis吸收光谱表明Cu掺杂以及Sn O2/Ti O2的复合使得在近紫外区的光吸收比纯Ti O2明显增强。光催化实验表明Cu掺杂后使得Sn O2/Ti O2复合薄膜对甲基橙的光催化降解效率进一步提高,Sn O2/Ti O2复合薄膜的光催化活性在10%Cu掺杂时达到最高。     

La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对锐钛矿相TiO_2、La单掺杂及La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析La单掺杂及La-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带、态密度、差分电荷密度和光吸收性质的影响.结果表明,掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO_2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO_2的吸收图谱产生红移现象;与La单掺杂相比,La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的红移程度增强.     

高压下单晶LiF的光学及热力学性质的密度泛函理论研究

采用平面波赝势密度泛函方法,对单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压下的光学性质进行了理论研究,并利用Vinet状态方程和准简谐Debye模型得到了其热力学性质.理论计算结果表明单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压范围内具有良好的透明性,吸收波段随压强的增加而出现了蓝移.计算所得晶格常数、体积模量及其对压强的一阶导数与实验值相符合.     

2KIO_3·HCl单晶的生长及其光学和电学性质

本文研究了2KIO_3·HCI单晶的水溶液生长条件、结晶形态及其极性。就该晶体的透过率、光性方位及折射率等光学性质作了测量和讨论。观察到了YAG激光1.064μm位相匹配倍频现象。对该晶体的热电、压电、介电及电导等电学性质也作了测量。该晶体的各向异性现象很值得注意。     

离子注入/辐照引起Al2O3单晶的改性研究

600K温度下用110keV的He^＋,Ne^＋,Ar^＋离子注入及320K温度下用230MeV的^208Pb^27＋辐照Al2O3单晶样品,研究了离子注入和辐照对Al2O3单晶样品结构和光学特性的影响。从测得的光致发光谱可以清楚地看到,所有样品在波长为375,413和450nm处出现了强的发光峰。且所有5×10^16ion／cm^2注入样品的发光峰均最强。经过高能Pb辐照后的样品,在390nm处出现了新的发光峰。透射电镜分析发现在注入氖样品100nm入射深度以内形成了高浓度的小空洞（1-2nm）,在Ne沉积区域有少量大空洞形成。傅立叶变换红外光谱分析发现,波数在460-510cm^-1间的振动吸收带经过离子辐照后展宽,随着辐照量的增大,该振动吸收强度显著减弱。1000—1300cm^-1对应Al-O-Al桥氧伸缩振动模式的吸收带,辐照后向高波数方向移动。对离子注入和辐照对Al2O3单晶样品结构损伤机理进行了初步探讨。Single crystal sapphire （Al2O3 ） samples were implanted at 600 K by He, Ne and Ar ions with energy of 110 keV to doses ranging from 5 × 10^16 to 2× 10^17 ion/cm^2 or irradiated at 320 K by ^208Pb^27＋ ion with energy of 1.1 MeV/u to the fluences ranging from 1 × 10^12 to 5 × 10^14 ion/cm^2. The modification of structure and optical properties induced by ion implantation or irradiation were analyzed by using photoluminescence（PL） and Fourier transformation infrared spectrum（FIR） spectra and transmission electron microscopy（ TEM ） measurements. The PL measurements showed that absorption peaks located at 375,413 and 450 nm appeared in all the implanted or irradiated samples, the PL intensities reached up to the maximum for the 5 × 10^16 ion/cm^2 implanted samples. After Pb-ion irradiation, a new peak located at 390 nm formed. TEM analyses showed that small size voids,（ 1--2 nm） with high density were formed in the region from the surface till to about 100 nm in depth and also large size Nebubble formed in the Ne-doped region. From the obtained FTIR spectra, it was found that Pb-ion irradiation induced broadening of the absorption band in 460-510 cm^-1 and position shift of the absorption band in 1 000- 1 300 cm^- 1 towards to high wavenumber. The possible damage mechanism in single crystal sapphire induced by energetic ion implantation or irradiation was briefly discussed.     

Ar离子注入YBa2Cu3O7—x超导薄膜中微结构变化的透射电子显微镜研究

Ar离子注入YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜后,不仅会引起样品超导转变温度T_c和临界电流密度J_c的下降,还会使样品的正常态由金属型变为半导体型。透射电子显微镜观察发现在小剂量(<5×10~(12)Ar/cm~2)注入情况下,样品的晶格结构几乎不受影响。随着注入剂量的增加,晶格损伤越来越严重,最终变成非晶态。对实验结果的分析表明,Ar离子注入引起YBa_2Cu_3O_(7-x)薄膜超导性能的变化主要与O原子子晶格的无序化过程有关。