YBa2Cu3O7超薄膜生长机制的原子力显微镜研究

在有40nm厚的PrBa₂Cu₃O₇过渡层的(100)SrTiO₃基片上生长了YBa₂Cu₃O₇超薄膜,典型的厚度为2,6,10个原胞层.X射线衍射表明薄膜取向都是C轴垂直于膜面.原子力显微镜观察发现YBa₂Cu₃O₇超薄膜具有层状和螺旋两种生长模式,并且在6个原胞层的生长阶段观察到螺旋位错,而类似的生长特征并没有出现在PrBa₂Cu₃O₇过渡层中.实验结果表明,在 10个原胞层范围内,薄膜的超导转变温度和临界电流密度对厚度有很强的依赖关系.     

D2-C76旋光度的理论研究

应用电磁场与分子相互作用理论,给出了分子旋光度的计算公式.对D₂-C₇₆的旋光度进行了估算,得到它的旋光度约为1°/cm.     

BaB2O4-Na2B2O4-K2B2O4三元系的研究

本文用实验测定和理论计算相结合的方法,研究了BaB₂O₄-Na₂B₂O₄-K₂B₂O₄三元系.在对该三元系3个侧边二元系相图热力学分析的基础上,用非对称的Toop模型将二元系热力学数据延拓到三元系,计算了BaB₂O₄-Na₂B₂O₄-K₂B₂O₄三元相图,计算结果与该三元系的一个典型垂直截面的测定结果吻合很好.     

固态vander WaalsC 60膜晶格的Coulomb膨胀

利用扫描隧道显微镜观测到生长在GaAs(0 0 1 ) 2× 4表面上的固态vanderWaals C₆₀ 膜在室温下较之C₆₀ 晶体具有 1 3%的晶格膨胀 .这种膨胀是由从GaAs衬底饱和的As悬挂键上转移到C₆₀分子上的电荷之间的Coulomb作用引起的 .理论计算表明 ,平均约有 1 76个电子转移到每个C₆₀分子上 .有趣的是 ,该固态C₆₀ 膜为 (1 1 0 )取向 ,这明显不同于生长于其他半导体或金属表面上的具有 (1 1 1 )取向的六角密排C₆₀膜 .这种反常取向的薄膜是由GaAs衬底的各向异性产生的一维限制作用导致的 .通过选择不同的衬底 ,可以控制C₆₀薄膜的晶体生长     

高TcYBa2Cu3O7/PrBa2Cu3O7超晶格的微结构分析

利用高分辨透射电子显微镜对高T_c YBa₂Cu₃O₇/PrBa₂Cu₃O₇(以下简称为YBCO/PrBCO)超晶格的微结构进行了系统的观察分析,高分辨电子显微象(HREM)表明YBCO/PrBCO超晶格层与层之间具有清晰的衬度,没有界面互扩散,通过HREM象观察,发现衬底表面的原子台阶和缺陷使薄膜最初1—2个晶胞层中出现层错等缺陷,但这些缺陷并没有向薄膜内部扩展,当薄膜厚度超过几个晶胞层后,其结构趋于完整。另外,在HREM照片上还可看出YBCO/PrBCO超晶格的调制周期存在波动,波动范围相当于一个晶胞层厚度,实验结果表明,利用YBCO/PrBCO超晶格研究CuO₂面的二维超导电性时,临界温度T_c和临界电流密度J_c的变化不仅与二维CuO₂面的失耦程度有关,还会受到各种晶格缺陷的影响,对YBCO/PrBCO超晶格和超薄YBCO膜的输运特性进行理论解释时,必须考虑衬底和晶格缺陷造成的影响。     

高温超导体YBa2Cu3O7-δ中的元素替代效应

本文综合约20个 YBa₂Cu₃O_7-4的元素替代体系的实验结果,发现:正交晶体结构、氧含量、铜的氧化价态,以及金属-半导体(绝缘体)相变都只是决定Tc的表观因素;存在着CuO₂平面外和CuO₂平面内两类元素替代效应.提出:高温超导体的迁移载流子浓度和CuO₂平面内铜原子之间的动态、短程反铁磁关联程度是决定Tc的两个内禀因素.基于Bi系超导体中有关元素替代效应的实验事实,进一步提出上述结论对各种类型的高温氧化物超导体具有普遍性.     

R2O3-AIN-AI2O3(R=Ce,Pr,Nd和Sm)系统的相关系

研究了R₂O₃-AIN-AI₂O₃(R=Ce,Pr,Nd和Sm)三元系固相线下的相关系及R₂O₃-AIN-AI₂O₃系统在1700℃的等温截面.发现存有一个组成为RAl₁₂O₁₈N的新相,其结构同β—Al₂O₃.本文对其它轻稀土元素可否形成新相也作了探讨.发现从La到Eu(除了Pm未测外)都能在组成RAl₁₂O₁₈N处形成含N的β-Al₂O₃相.经测定它们的单相区范围为:当R=Nd和Sm时,含Nβ-Al₂O₃相只发生在RAl₁₂O₁₈N组成处;而其它稀土的含Nβ-Al₂O₃相的组成都扩大到纯氧化物一端,即R₂O₃:11Al₂O₃处.经测定RAl₁₂O₁₈N的晶胞常数(a=5.557和c=22.00)几乎不随R而变化.1700℃时,在Nd₂O₃-Nd₂AlO₃N-NdAlO₃三角形区域中存有一个很大液相区.     

金刚石在C60薄膜表面的成核研究

用扫描电子显微术(SEM)研究了微波等离子体CVD生长金刚石系统,金刚石在以C₆₀蒸发膜为抛光Si衬底中间层上的成核行为,实验证实金刚石成核于C₆₀蒸发膜表面,同时观察到成核分布的不均匀性即成核聚集现象,并对此进行了初步分析。金刚石在C₆₀薄膜表面的成核表现出取向生长的特征。     

Bi2Sr2Ca1-xYxCu2Oy系超导—绝缘转变中的结构效应

研究了Bi₂Sr₂Ca_1-xY_xCu₂O_y.(BSCYCO)体系中Y替代Ca后材料从超导体向绝缘体的转变过程.研究结果表明,在替代量X=0.4附近发生的从四方到正交的结构转变是BSCYCO超导性消失的直接原因,并发现结构参数c/0.5(a+b)的变化与材料的超导—绝缘—反铁磁这一性能的转变过程有较明显的对应关系.     

Bi2Sr2Ca1-xYxCu2O8+y的晶体结构、电子结构和超导电性

本文研究了Y替代Ca对Bi₂Sr₂Ca_1-xY_xCu₂O_8+y,超导体晶体结构和电子状态的影响,发现:Y替代Ca后至少使得Bi-O双层中所夹的一层额外的氧原子发生了变化,沿b轴方向的无公度超格子的调制周期从4.7b连续减小到大约为4.0b;并发现当Y完全替代Ca时,则同时存在大约为4b和8b的调制周期.用XPS进一步研究其电子状态变化的结果表明,超导电性的变化不是由于晶体结构的微小变化引起的,而主要是由CuO₂层中O2p轨道空穴的逐步填充所致.结果明确表明,对于该替代体系依然是当Cu离子3d轨道存在一个空穴时(3d⁹态)对应于强关联的反铁磁绝缘体,而当CuO₂层中氧离子2p轨道存在额外的空穴时(即3d⁹L态)对应于超导体.     

非超导的Bi2Sr2CuOy单晶的磁阻研究

铜氧化合物高温超导体正常态的电子输运一直是人们关注的焦点问题之一,根据最近研究的Bi₂Sr₂CuO_y单晶a-b平面内电阻率随温度的变化关系,发现许多直接生长的晶体在高温呈金属性而低温下出现电子局域化现象,对低温呈强局域化行为的样品进行了磁阻测量,发现在较低温区的低场,样品具有正磁阻效应,而高场下,样品具有负磁阻效应,最大正磁阻对应的磁场则随着温度的升高向低场漂移,在高温区,无论是低场和高场,样品不再具有正磁阻效应而只存在负磁阻效应,同时还发现样品的磁阻效应随着温度的增加而变得不明显,通过对横向磁阻与纵向磁阻的比较,发现这种磁阻主要是轨道效应的贡献。把实验结果与强局域化区域轨道磁阻的理论工作进行了比较,对正、负磁阻的起源进行了讨论。     

Y-TZP及Y-TZP/Al2O3陶瓷的微波加热及微波烧结特性

用矩形单模TE_10n(n=3,5)微波腔体成功地烧结得到了致密的Y-TZP陶瓷及Y-TZP/Al₂O₃复相陶瓷材料.材料的微波加热特性与其组分有关.Y-TZP含量高有利于提高样品的加热速率并降低加热所需时间.试样加热至600—800℃之后,需随时调整输入功率、短路活塞位置及可调偶合窗开启尺寸,以保持腔体谐振和最佳偶合状态,从而保持一定的升温速度和达到稳定的最终烧结温度.纯Y-TZP及含20Vol％Al₂O₃的Y-TZP/Al₂O₃陶瓷材料均可微波烧结至相对密度98％以上,而晶粒尺寸则分别不大于0.4和1.0μm.实验还发现,温度过高时,试样中心由于达到高于其表面的温度而发生过烧现象.     

四方到正交YBa2Cu3O7-δ过渡体系的超导电性

在不同的退火温度下,由空气淬火方法制备出理想正交相和典型四方相的YBa₂Cu₃O_7-δ。单相样品,以及结构介于两者之间的过渡相样品。从X光衍射、电阻温度关系、交流磁化率温度关系等实验结果我们得到了如下结论:(1)样品的结构随着淬火温度的逐渐降低而产生由四方相向正交相的过渡;(2)YBa₂Cu₃O_7-δ四方相直至2.4K都是不超导的;(3)过渡体系样品中超导临界温度的高低依赖于样品结构的正交畸变程度;(4)本文中首次发现了不超导的四方相在100K附近结构相变可能存在的证据;(5)淬火温度较高的样品在高温区(>100K)的电导特性可以用样品中氧缺位的影响加以解释。     

外延生长YBa2Cu3O7-x超导薄膜的TEM和SEM研究

本文利用高分辨率透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对高J_c外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜的微观结构进行了观察分析.研究发现,薄膜外延程度的好坏与生长工艺和衬底表面的完整性有直接的关系.实验结果表明(100)SrTiO₃单晶衬底上外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜中影响临界电流密度J_c的因素主要有界面过渡区、缺陷和不同的外延取代等.     

C3N4晶体的高温高压合成

用有机物C₃ N₄H₄作为初始原料 ,Ni基合金作触媒,在压力为 7GPa ,温度为1 400℃条件下 ,10min内合成出长为 1～ 4μm ,截面尺寸为300 nm左右的碳氮棒状晶体.提出了在高温高压条件下合成碳氮晶体时选择初始原料的一般性原则     

C60和C70薄膜光吸收谱研究 *

用透射光谱法和光热偏转谱法测得了C₆₀和C₇₀薄膜在宽能量范围(0.6到6.5 eV)的光谱,并计算了吸收系数.根据分子轨道模型分析了C₆₀和C₇₀薄膜的光跃迁行为.Fuller烯薄膜的弱吸收光谱与非晶硅的类似.用Tauc公式确定了C₆₀和C₇₀薄膜的光学带隙分别为1.75和1.65eV.Urbach吸收边和亚隙吸收表明Fuller烯薄膜中存在无序状态,导致带尾态和缺陷态,这虽非C₆₀或C₇₀薄膜所固有,但无序的存在给准确测定Fuller烯薄膜的禁带宽度带来障碍.讨论了偏转介质与衬底对Fuller烯薄膜的弱吸收光谱的影响.     

纳米复合材料Fex(SiO2)1-x中的界面相互作用和渗透效应对磁性的影响

采用机械合金法制备了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x系列样品 .用X射线粉末衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM )、M ssbauer谱和Faraday磁天平系统地研究了该系列样品不同Fe合量和不同球磨时间的微结构和磁性 .实验表明样品的微结构和磁性与球磨时间和Fe含量密切相关 .当样品的Fe含量少于 2 0wt% ,并球磨了 80h后呈现出非常复杂的微观结构 :α -Fe纳米晶粒和Fe团簇镶嵌在SiO₂ 基质中 ,形成α -Fe纳米岛状和纳米尺度的类三明治结构 .Fe-SiO₂ 界面的相互作用和渗透效应、纳米晶的尺寸效应和类三明治的特殊微观结构导致了纳米复合材料Fe_x(SiO₂)_1-x的物理性能的变化     

离子注入对YBa2Cu3O7-x薄膜超导性能的影响

本文报道了Ar和F离子注入对YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜电学性能及结构的影响,通过X射线衍射和电阻温度关系的测量研究了离子注入后YBa₂Cu₃O_7-x薄膜T_c,J_c和结构的变化。实验中发现,在低剂量注入情况下,T_c和J_c随着注入剂量的增加而下降。但是,上临界温度和X射线衍射谱却几乎保持不变。当Ar离子的注入剂量达到1.2×10¹³Ar/cm²时,样品发生金属一半导体相交。当注入剂量大于1.2×10¹³Ar/cm²时,样品的体超导性能基本上完全消失了,X射线衍射峰的强度也有所减弱,最终发生了晶态-非晶态相变,室温电阻率增加了好几个数量级。讨论了超导性能变化及金属一半导体相变的物理起因。     

d8(C3v*)EPR理论与CsMgCl3:Ni2+的光、磁性质研究

本文给出了O_h点群表象中的d^2,8(C_3v^*)完全强场矩阵,并借助于这种矩阵的特征值和特征矢量,建立了CsMgX₃:Ni²⁺(X=Cl,B,I)类晶体的全组态混合EPR理论。应用这一理论,对CsMgCl₃晶体中的Ni²⁺杂质离子的光学吸收谱、基态零场分裂参量D、顺磁g因数、基态Zeeman分裂以及EPR条件(B,hv₀)进行了统一的计算。结果与观测非常一致,从而首次对CsMgCl₃:Ni²⁺的光、磁性质作出了统一的理论解释。     

Y1-xNdxSr2Cu2.7Mo0.3O7-δ体系的声子振动谱和输运性质

研究了Y_1-xNd_xSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ(x =0 ,0 .1 ,0 .2 ,0 .5 ,0 .8和 1 .0 )的Ra-man光谱、红外光谱,指出RSr₂Cu_2.7Mo_0.3 O_7-δ结构上与RBa₂Cu₃O_7-δ有显著的差异,而伴随着Nd的掺入,晶体的微结构发生了变化 .结合电阻率和热电势的测量结果 ,我们讨论了这种微结构变化对载流子分布的影响和NdSr₂Cu_2.7Mo_0.3O_7-δ不超导的原因,进而指出在高温超导体中广泛存在的稀土离子尺寸效应也是大稀土离子替代产生的晶体微结构变化的结果