电子在固体中的运动

固体(本文指结晶体)的主要特性是其原子或分子的规则排列.不同晶体各种物理性质上的千差万别(例如有金属、半导体和绝缘体之分),都深刻地与电子在晶体中的能量状态及运动规律相联系着. 在晶体中,一个电子的运动是与数目众多的格点上的原子(或分子)以及数目更多的其它电子的运动相关联.物理学家们分析了各种实验和数据,颇费心思地将这种多体问题简化为单电子问题,建立了可信赖的单电子模型──能带论. 一、自由电子气模型1.电子公有化-自由电子气 以金属钠为例来说明这个模型.金属钠为体心立方结构.每个原子在闭壳层外有一个价电子.这个电子…     

单层表面分析方法──低能离子散射和静态二次离子质谱

固体材料的表面特性,例如电子或离子的表面发射或表面吸收,分子的表面吸附,以及表面化学反应等。取决于材料的表面层。特别是最外原子层的组成和结构.自六十年代末期以来,研究表面组成和结构的方法已获得迅速发展[1].这些方法的信息深度范围一般为1—10个原子层,其中低能离子散射和静态二次离子质谱可用于单层表面分析.这两种方法都是用离子束来探测表面的.和用电子束入射的情形类似,用离子束入射时也能引起四种类型的粒子发射:离子散射和二次离子发射;中性粒子溅射;电子发射和光子发射.这些发射原理已构成多种表面的研究方法,见图1.在这些…     

多组分固体表面的择优溅射

近十多年来,由于表面分析技术发展的需要,对许多固体材料开展了离子溅射研究[1].从合金和化合物的溅射研究发现,离子轰击能改变材料的表面成分[2].研究多组分固体的表面成分在离子束作用下的变化,对阐明入射离子与靶原子间的作用,了解各成分原子在表面上的结合特性以及进行表面成分分析,都是十分必要的[3].本文将简要说明目前对多组分固体表面离子溅射的了解,并讨论择优溅射对表面分析结果的影响. 一、溅射过程和择优溅射 在表面科学研究中常使用几百至几千电子伏能量的离子进行固体表面溅射.溅射时入射离子大部分进入固体体内,与固体原子产…     

迅速发展的表面分析方法

一、固体表面和表面分析 固体物质都有表面.在这里,表面通常是指固体最外层的1—10个原子层,其厚度大约是几个至几十个埃.有时表面还包括被吸收进表面晶格和吸附在表面上的那些外来原子.表面层中的原子数在整个固体的原子总数中所占的比例是很小的.但表面层的组分和性质往往和整体内部有所不同,因此很早以前就有人提出了“表面相”的概念. 随着工业技术的发展和科学研究的深入,在某些领域中,表面现象的研究显得越来越重要了.因为在这些领域中,表面原子的成分和结构决定着物体的特性,或是发生在表面的反应起着决定作用.为了说明这一点,仅举以…     

离子溅射(Ⅱ)

三、合金和化合物的溅射[2,21-23]1.择优(preferential)溅射现象 对合金、化合物的溅射与前面所述的对单质的溅射具有十分显著的差别.首先,即使同种原子。由单原子固体变为多种原子固体后,溅射产额也将发生十分显著的变化,这种现象在结合状态发生了很大变化的氧化物等中可以明显地看到.再者.构成固体的每种元素,溅射产额都不相同。所以被溅射固体的表面成分和溅射之前相比,发生了变化,这就是所谓的择优溅射观象.这种现象在多原子固体的溅射中是十分重要的. 一般用下述方法来分析评价择优溅射现象.为简单起见,考虑二元合金.构成二元合金的两…     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

真空微电子器件

真空微电子器件真空微电子学研究的问题涉及微米、亚微米尺寸大小的器件和以固体中电子场发射为原理的部件．所谓固体中电子场发射是指固体中电子在很强的外电场的作用下，克服固体表面势垒的作用，而逸出固体的现象．该现象遵循量子力学原理，电子离开固体表面后沿着电力...     

北京汇德信诚聘技术销售经理

组成液体、气体以及固体的原子都是处于运动状态的，在许多物质中的原子在振动时的微小区别常会在物质的宏观性质上带来重大的差别，例如材料中杂质原子的运动常常能决定该材料是不是一种有用的半导体；同样对原子运动的测定可以了解材料的高温超导性、非常磁阻和其他许多重要的物理性质。     

非晶态的声子谱

声子是与固体中原子的热振动相联系的一种量子,也称声量子.非晶固态材料(例如各种非品半导体、金属玻璃合金和无序合金)以及含有杂质、空位和缺陷的晶体的许多特性都与声子有密切联系. 一、热振动与声子谱 固体中的原子在它平衡位置附近一刻不停地振动,这就是原子的热振动.原子     

表面物理的超快光谱学研究

 自然界很多有趣的现象源自变化,表面和界面是一种原子在空间占据上的变化。从一种介质变成另一种介质,就形成了界面;如果一侧为真空,另一侧为介质,则称为表面。通常决定物理性质的表面层的厚度在纳米或亚纳米尺度,也即几个原子层。在纳米材料和一些量子结构里,表面原子的数目所占的比例大为上升,而体内原子的数目所占比例下降,于是表面所具有的物理性质显得突出,例如同样是碳材料,石墨的物理性质主要由体内原子的性质决定,而单层碳原子石墨烯的物理性质主要由表面原子的性质决定;如果在表面附着一些原子分子,则表面的性质会表现出较大的变化,例如在分子束外延生长的薄膜材料上,掺杂少量的磁性原子,将等效于在原子周围产生一个磁场,在此磁场的影响下,表面电子态的量子物性会发生改变,这种改变有时是很明显的,例如时间反演对称性被破坏等;这些都意味着表面物理研究的重要性。     

离子束引起的固体原子混合

寓子束与固体相互作用改变了固体近表面处的组分、结构和性质..离子束与固体作用的基本物理现象归结为:(1)离子束穿透固体表面,由于和固体原子不断碰撞失去能量,而在固体近表面处形成离子元素的高斯分布;(2)高能离子和固体原子碰撞和级联碰撞使大量固体原子离位,在固体近表面处形成缺陷和亚稳结构;(3)离子束轰击下,固体表面原子被碰撞离开固体(溅射效应);(4)离子束和固休原子碰撞造成固体原子大量离位,起到固体内原子输运作用.如果离子束穿透两种元素界面,将在介面产生两种元素均匀交混层.这种作用称为离子束混合,实际上是寓子束使固体内原…     

FeS2(100)表面原子几何与电子结构的理论研究

采用密度泛函理论研究了FeS2(100)表面原子几何与电子结构.理论计算结果表明:FeS2(100)表面无弛豫、无重构,是体相原子几何的自然终止.与体相电子结构相比,FeS2(100)表面电子特性明显不同,禁带中央产生新的表面态,且表面态局域性强,主要由Fe原子的3d分波贡献.配位场理论定性分析表明:FeS2(100)完整晶面表面态产生机制是Fe原子的配位数减少、局部对称性下降所致 关键词： 密度泛函理论 表面电子结构 FeS2     

非晶态金属的结构模型

非晶态金属与合金具有许多有别于晶体的优异性能和效应.非晶态合金的性能,它的形成条件、稳定性以及结构相变等无不涉及它的微观结构.因此非晶态结构的研究是非晶态物理中的重要课题,在晶态固体的研究中,通常用X光、电子、中子衍射分析来获得原子排列的知识,这些都是基于晶体的结构的周期性.非晶态固体中的原子排列没有这种规则的周期性,因而通常的结构分析方法不易确定原子的组态.衍射分析所提供的只是原子的平均环境的知识,这种平均环境可以用所谓径向分布函数[RDF(r)]来描述.由实验得到的RDF(r)反映了非晶态固体的原子排列具有某种短…     

电子、X光和固体的相互作用(Ⅰ)

近十多年来,随着透射电镜、扫描电镜、电子探针、俄歇电子谱仪、X光电子谱仪等现代分析仪器的蓬勃发展,电子、X光和固体的相互作用的研究获得了有力的推动,取得了新的进展,得到了更广泛的应用. 电子、X光和固体的作用内容很广,本文要讨论的是上述分析仪器中经常出现的物理过程,主要是电子、X光和固体中原子或集体运动(晶格振动、等离子振荡)之间的元散射过程,固体被激发以后的弛豫过程(X光发射及俄歇电子发散等)。 一、原子的能级和固体的能带 为了下面讨论的需要,先介绍原子能级和固体能带的有关概念。 原子中电子的能级可以用相对论量子…     

外逸电子效应及其应用

外逸电子发射(exoelectron emission)是一种新的电子发射形式,简记为EEE.它的发射机制不同于热电子发射、光电子发射、场致发射和二次电子发射等.外逸电子是指固体表面由于受到某些外界作用(如电离辐射、机械作用)或本身的物理化学变化(如凝固、吸附)而发射出的低能电子.早在本世纪二十年代人们就已经知道,当无机物受到化学作用时表面会发出低能电子.后来又发现,盖革计数管在刚制成或电极重新加工后,本底有异常现象.甚至铜、铝等金属的新鲜加工表面都会出现电子脉冲.但直到1949年,这类现象才由西德克拉默尔(Kramer)加以系统研究.故此种电…     

晶格弛豫和黄-Rhys多声子跃迁理论

固体中局域电子态(如半导体深能级、固体发光中心等)与周围晶格原子之间存在的相互作用,使晶格原子的平衡位置发生或多或少的移动.对于不同的电子态(譬如基态或激发态),原子的平衡位置将有所不同.这种依赖于电子态的晶格畸变现象常称为晶格弛豫.近年的发展日益证明,晶格弛豫是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要效应.局域电子与晶格较强的耦合会导致光吸收峰与发光峰的增宽,这在较早以前就已经被认识到.然而,其确切的理论基础──晶格弛豫,则是由黄昆先生与后来成为他终身伴侣的李爱扶先生(A.Rhys )于1950年建立的 . 根据晶格弛豫…     

关于热电子发射理论的评述(Ⅲ)——动态表面发射中心

本文提出能解释热阴极中各种现象的动态表面发射中心模型。电子发射来源于一个原子集团。在这原子集团中,当运动着的电子具有瞬时的最高能量,或集团的原子核吸引力达到最小时,便产生电子发射。超额钡是提供高能电子的根源。氧则按其在集团中的相对数量和相对位置而分别起有益或有害的作用。虽然锶、钙、铝酸盐、钨酸盐等对发射只起次要的作用,但它们对蒸发、徙动、传递电子等却有影响。实用热阴极的发射不均匀性证明发射中心的存在,而发射的不稳定性,例如闪变噪声,显示出发射中心的动态特性。     

同步辐射在光电子谱方面的应用

光电子谱实验的实质是将一单色光入射到样品上同时测量光发射电子的能量分布,由此获得样品内芯能级和价电子能量的信息.研究原子、分子、固体和表面的光电子谱已经是较为成熟的一种实验技术,光子能量小于40eV时,称为紫外光电子谱;光子能量大于1keV时,称为X射线光电子谱.同步辐射发现后,由于它的连续谱性质(能量由几个eV到几keV),上述区分已不再十分清楚.本文主要介绍同步辐射用于光电子谱以后,在研究固体及其表面方面所取得的进展. 同步辐射由于具有波长可变、高度偏振和高强度等优点,使传统的光电子谱技术增加了许多新的功能.在数据采集…     

硼、氮原子的掺杂对单个苯环的电子结构与传输特性的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了硼、氮原子的掺杂对于苯环的电子结构与电子传输特性的影响.结果显示硼、氮原子的掺杂明显改变了C_(32)分子的电子结构和电子传输特性,硼原子的掺杂明显增强了苯环的电子传输特性,而氮原子的掺杂却明显降低了苯环的电子传输特性.同时分析了产生这些现象的原因.计算结果还显示随着外加偏压的增大,苯环的电子传输性能逐渐减弱.     

固态离子学及其材料与器件

 固态离子学是一门研究固态中离子运动的现象和技术的新学科.它包括从现象和原子尺度上对晶态、非晶态、有机和无机固体中离子迁移过程的理解,这些材料(称为固态离子学的材料)的特性与其它材料的特性之间的关系,对其一般和专门过程的描述,以及日益增长的许多实际应用.近年来在能量的储存和转换、环境保护领域中的许多实际应用大大加速了这一学科的研究和发展.