BaTiO3/SrTiO3超晶格的激光分子束外延生长与二阶光学非线性研究

使用激光分子束外延,在SrTiO3 (100)单晶衬底上成功生长了一系列c轴取向的,具有原子量级控制精度的BaTiO3/SrTiO3超晶格. 利用晶格失配导致的薄膜表面台阶密度的周期性变化,讨论了反射式高能电子衍射(RHEED)强度在BaTiO3层和SrTiO3层中的周期性调制. 系统研究了二阶非线性光学极化率同超晶格结构的关系. 实验测量和理论拟合结果表明,BaTiO3/SrTiO3超晶格的二阶非线性光学极化率显著增强,其最大值比BaTiO3体单晶提高一个数量级以上. 从应力导致的晶格畸变和极化增强出发,讨论了二阶光学非线性增强的物理机制.     

BaTiO3铁电薄膜的原子层水平外延生长

利用激光分子束外延镀膜设备,实现了原子层水平BaTiO₃(BTO)薄膜的外延生长.高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜(TEM)等研究结果表明,薄膜的结构为c-取向单相BTO铁电薄膜,表面非常平整。在此基础上制备了铁电/超导多层异质结构.研究了BTO薄膜的铁电性质。结果表明用激光分子束外延方法有利于改进BTO薄膜的质量,提高薄膜器件的性能。     

BaTiO3/SrTiO3超晶格的二次谐波产生研究

用激光分子束外延技术生长了BaTiO3 /SrTiO3 超晶格并首次对之采用二次谐波产生的方法进行了研究 .实验表明其结构为类似BaTiO3 的四方相结构 .实验得到的材料的有效倍频系数远大于BaTiO3 薄膜 ,也大于BaTiO3 体材料的值 .这表明这种人为控制的BaTiO3 /SrTiO3 超晶格结构具有较大的非线性光学的应用前景 .     

Ce:BaTiO3自组织量子点制备及其非线性光学性质 *

报道了激光淀积法制备复合氧化物Ce :BaTiO₃ 自组织量子点 ,利用原子力显微镜、X射线衍射观察了自组织量子点的生长过程及其结构 .分别给出了量子点的尺寸分布、高度分布和面密度 ;讨论了复合氧化物自组织量子点的生长机理 ;利用单光束Z扫描方法研究了自组织量子点的光学非线性折射率 ,并讨论了影响非线性效应增强的因素 .     

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。     

微波合成BaTiO3加热机制及反应产物的显微结构研究

采用2450MHz微波源、TE₁₀₃单模腔的加热方式合成电子工业广泛应用的BaTiO_3,探讨微波合成的加热机制,其主要影响因素包括合成体系的介电性质和保温结构,研究合成体系的介电性质及它们对材料加热的影响。在低温阶段,TiO₂和BaCO₃对合成体系的升温速率的贡献相接近;在高温阶段,TiO₂的贡献大,同时产物对升温有较大的影响。微波加热与常规合成加热方式有明显的不同。采用微波合成在1 100℃保温3min即可使合成反应完全,且产物的颗粒细小,粒度分布窄,结晶度好,对微波合成工艺对产物相结构,显微结构的影响进行详细研究。     

La0.5Sr0.5CoO3薄膜的外延生长及其电性能的研究 *

系统研究了在LaAlO₃ ,SrTiO₃ 和MgO衬底上、在不同的温度条件下利用脉冲激光法制备的La_0.5Sr_0.5CoO₃薄膜的外延生长和电输运特性 ,测定了薄膜的电阻 温度关系 .研究表明薄膜的电输运性质对其外延结构具有密切的依赖性 ,外延生长的薄膜具有低的电阻率和金属性导电特征 ;在LaAlO3 衬底上在700℃左右外延生长的薄膜具有最佳的性能 ;探讨了这一薄膜的外延生长与其电输运性能的关系及其机理 .     

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.     

激光分子束外延制备高质量的YBCO超导薄膜

利用活化气体做氧源,使生长气压比普通脉冲激光沉积方法(PLD)低2～3个数量级,用激光分子束外延在SrTiO₃(100)衬底上制备出临界转变温度T_c0=85～87K,临界电流密度J_c≥1×10⁶A/cm²的高质量YBCO超导薄膜.原子力显微镜(AFM)测得表面无明显颗粒,均方根粗糙度约为7.8nm.在这种薄膜基础上制备的Josephson量子干涉器件(DC-SQUID)具有良好的温度循环稳定性.     

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     

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.     

外延单晶La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁电阻的磁场依赖关系

采用直流磁控溅射法在NdGaO₃ ( 110 )衬底上制备了La_2/3Ca_1/3MnO_3-δ外延单晶薄膜 .在 0～8T的磁场范围内测量了不同温区下的磁电阻随磁场的变化关系 .结果表明 ,ρ(H )遵循以下规律 :当温度高于居里温度T_C 时 ,ρ(H ) =1α(T) + β(T)H² ;当T <Tc时,ρ(H ) =ρ0(T ) +1A(T)+B(T)exp(H/C(T));而当温度远低于居里温度时,ρ(H ) =1σ(T) + ν(T)H。表明负巨磁电阻的产生主要起因于磁场引起的电导率的增加。     

BaTiO3半导体陶瓷从PTC特性向边界层电容效应过渡问题探讨——晶界势垒模型

本文分析了BaTiO₃半导体陶瓷的Daniels模型存在的问题,提出了从PTC特性向边界层电容效应过渡的晶界势垒模型,解决了Daniels模型的缺陷,使BaTiO₃半导瓷及其有关器件的物理性能的定量计算成为可能。     

La2/3Ca1/3MnO3-δ薄膜中磁致电阻温度关系的一种经验描述

在不同磁场H下 ,在 300～ 77K范围内测量了外延L_{a2 /3} Ca_1/3 MnO_3-y薄膜的电阻率ρ(T) ,发现电阻率的温度依赖关系可以按如下的经验公式来描述:ρ(T) =1σ(T) =1/α(M/M_s)² + βexp(-E0/k_BT) ,其中拟合参数α ,β随磁场的变化略有变化,E₀为磁极化子热激活能 ,约等于1 160k_B,M_s 为饱和磁化强度 ,M/Ms采用平均场近似求得,据此对提高CMR效应的可能性作了讨论.     

K3C60单晶膜的同步辐射光电子谱研究

在C₆₀单晶(111)解理面上制备出厚度约30 nm的K₃C₆₀单晶膜.利用同步辐射光源,在低温下(约150K)测量了样品法向发射的角分辨光电子谱.观察到K₃C₆₀导带和价带明显的色散.导带的光电子谱峰可清晰分辨出4个子峰,这些子峰的最大色散超过0.5eV,并且色散曲线与K₃C₆₀的一维无序晶体结构模型下的能带理论基本吻合,只是子带间隔差异较大.     

La2/3Ca1/3MnOz薄膜的巨磁电阻效应及其温度关系的研究 *

在室温至液氦温区内,对良好(100)择优取向的La_2/3Ca_1/3MnO_z薄膜的磁电阻作了实验研究.发现零场下未退火样品的电阻约在T_p=72K处出现一峰值,当外加磁场后,其电阻降低,而峰值所对应的温度T_p要往高温方向移动,然而其磁电阻变化值MR=δR/R_H=(R₀-R_H)R_H的极大值却发生在25K附近,而且该值基本上不随外磁场的大小而改变.当样品在700℃t氧气中退火30min后,零场下电阻峰值往高温方向移动到230K附近,表明薄膜的Curie温度升高了.     

激光晶体的Xα研究——Ⅳ.金绿宝石的DV-Xα-HF计算

本文首次报道了原子簇(BeCrO₆)^7-的DV-X_α-HF计算结果,给出了单电子能量本征值、晶场参数10D_q和电荷转移跃迁能量,并且把DV-X_α-HF方法推广到普遍的多重态计算和组态混合,我们的计算结果与激光晶体金绿宝石的吸支谱实验符合得很好,这表明DV-X_α波函数和双电子算符的结合可能为原子簇的多重态计算提供了一种较为简便而有效的方法。     

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。     

C3N4的制备与结构分析——I.Si衬底上的样品

采用偏压辅助热丝化学气相沉积方法,在Si衬底上合成晶态β-和a-C₃N₄材料.并观察到过渡层C_3-xSi_xN_y的形成.同时提出“晶格匹配选择生长条件”,对由C₃N₄六棱柱单晶棒组成的花状晶团的生长机理给出了定性的解释。     

C3N4的制备与结构分析——Ⅱ.Ni衬底上的样品

在Ni衬底上获得长为1～3μm,横截面尺寸为300 nm左右的C₃N₄单晶六棱体。排除了在Si上生长由于混合相C-Si-N所引起的晶格常数不准确性。X光衍射和透射电镜确定的β-C₃N₄的晶格常数为a=0.624nm,c=0.236nm;a-C₃N₄的晶格常数为a=0.638nm,c=0.4648nm.它们与第一性原理计算值的偏差分别小于2.5％和1.3％。X射线能谱分析给出N:C=1.30～1.40。