低溫物理學的介紹

低温物理的範圍大致可以說是包括所有在液態空氣温度(約81°K)以下所發生的物理現象。早期的低温工作大部分是與氣體(氮、氧、氢、氦筹)以及它們的液態、固態的性質有關。到本世纪初,氦被液化,因而達到我們所称的極低温度领域(約10°K以下)。接着就發现了我們到今天还不能解释的金屬及合金的超導電性。在三十年代,把量子力學應用來解釋固态物体性質所获得的初步成功對於固體物理研究有很大的刺激作用,因而也大大推動了低温物理研究。超導电性與在1938年所發現的液態氦的超流動性的機構顯然是與大量粒子的     

GdBa2Cu3O7超导薄膜在晶格失配的MgO衬底上的生长

我们采用直流磁控溅射快速原位处理的方法,在(100)MgO 衬底上制备了一系列的GdBa_2Cu_3O_7超导薄膜样品.我们发现,在800℃左右的衬底温度下制备的超导薄膜样品,为纯 C 轴垂直膜面生长的外延膜,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽△ψ为0.4°—0.5°,但其零电阻转变温度 T_(co)只有84—85K,转变宽度ΔT_c 为1.5—2K.而在670℃左右衬底温度下制备的超导薄膜,有的为纯 c 轴垂直膜面生长的外延膜,有的为 c 轴垂直膜面取向为主,含少量(110)取向和 a 取向,(005)峰摇摆曲线的半高峰宽Δψ为0.6°—0.9°,但其零电阻转变温度 T_(co)达89—91K,转变宽度ΔT_c 为0.6—1K.     

超导简史

 超导现象最初是1911年由荷兰物理学家昂内斯(Onnes)发现的。1908年,昂内斯首次获得液化的氦,并且在液氦温度(4.2K)下研究各种物质的电学特性。他发现,在温度为4.2K时,汞的电阻突然消失。1933年,迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德(Os-chenfeld)发现,处于弱磁场中的超导体会将磁场从内部排斥出来(见图1),这就是迈斯纳效应。1945年,俄罗斯物理学家阿卡迪也夫(Arkadiev)利用这一特性首次演示了将一块小的条形磁铁悬浮于超导体的上方的实验(见图2)。随后而来的几十年,其他超导材料--金属、合金、化合物的超导材料相继找到。     

近代的氦液化器

目前,液态氦在科学研究中主要作为唯一的冷却剂,利用它可以使溫度接近絕对零度。液态氦在正常大气压下的沸点为4.22°K;而減压时溫度可降低到1°K。液态氦的蒸发潛热并不大(4.6千卡/公斤),这就增加了用它作冷却剂时的困难。因此对液态氦容器的絕热性能就提出很高的要求。 1908年,荷兰物理学家卡麦尔林格、奥湼斯首先实現了氦的液化。他利用了(經过液态     

三元非晶态Zr_(76)Cu_(14)Ni_(10)低温高压下的超导性

用液相高速淬火技术制备了三元Zr_(76)Cu_(14)Ni_(10)非晶态合金.进行了不同压力下电阻与温度之间关系试验;进行了在卸除高压(10kbar)后样品电阻与温度之间关系的试验.结果表明:常压下非晶态超导转变温度T_c为3.32K.转变宽度△T_c为0.05K.随着压力从1ba→7.3kbar→10kbar递增,T_c相应从3.32K→3.39K→3.42K递增,而△T_c基本不变.超导前的剩余电阻却随压力增加而逐渐下降.168小时后卸除高压(10kbar),此时观察到样品的T_c是可逆的,而剩余电阻是不可逆的.     

絕热去磁及其应用

以前,通常是利用液态气体来产生极低温的。 1922年,卡美林—奥湼斯降低液态氦的蒸汽压至0.013毫米汞柱,成功地获得了0.81°K的极低温;用此法所获得的最大可能低的温度是基索姆作出的,他使用抽速极大的油扩散泵来减压,获得0.0036毫米汞柱的氦蒸汽压,相应的平衡温度是0.726°K。今后,用这种方法不可能再显著地降低温度了。     

纳米晶LaNiAl薄膜充氦技术研究（英文）

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜(膜厚约10μm),通过调节ArHe气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量(He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%),通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明:渗氦LaNiAl膜中的氦含量(原子分数)可达13.9%,氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848K,最高释放温度为1407K,主释放峰为1080K,初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。     

磁场对重电子金属材料CeCu6-xCdx电阻的影响

介绍了重电子金属CeCu6-xCdx(x=0.10,0.15,0.20,0.30,0.50)在1.8-300K温度范围内,在磁场(μ0H=0,5,10T)下电阻随温度的变化规律及低温(1.9,15 K)下的磁电阻(μ0H=0-10T).实验表明所有样品在零场下的Tmax(对应于电阻极大值的温度)都低于1.8 K.加磁场后,Tmax随磁场和掺杂量x的增加明显向高温方向变化.此外,各样品的磁电阻在1.9 K全是负值,温度升高到15 K以后,磁电阻有变为正值的趋势.从近藤散射和相干散射的角度对这一现象的物理机制进行了分析.     

非晶态Y_5Ni_(95)合金膜的霍尔效应

在1.5～300K温度范围内,研究了非品态Y_5Ni_(95),溅射合金膜的霍尔效应。观察到该材料的正常霍尔系数R_o不随温度改变,R_o=—1.46×10~(-12)Ω·cm/G;反常霍尔系数R_s值随温度增高而增大,其值从1.5K的—2.2×10~(-10)变化至300K的—3.3×10~(-10)Ω·cm/G。利用斜散射和边跳跃机制对此进行了讨论。     

高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

红外成象应用的8～12μm高性能结型(HgCd)Te光电二极管

用掺硼方洼制得了8～12微米n~+-p结型p-Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te光电二极管。这些光电二极管的量子效率和Dλ(1KHz,180°视场,300K)分别超过了0.6和2.0×10~(10)cm Hz~(1/2)/W。在77～200K之间,测量了温度的函数——电阻面积乘积(R_oA_j),结果表明,光电二极管的电流直至77K时都受着扩散限制。     

液态氦帮助计算

最有趣的一个物理现象,被称为超导电性的,已为大家知道将近半世纪了。超导电性就是在一定的、十分低的温度下(大致从-260到-270°摄氏),许多金属和它们的合金突然对通过它们的电流不再有电阻。电流在这种导体里可以整年整月的周流不息,几乎完全不衰减。但是,这仅仅对于足够微弱的电流来说才是正确的;假如电流大于某个一定的数值,那么就像在(升)高温度时的情形一样,电阻突然恢复了。这种现象的正确情景还没有弄清楚,但有一点是已确实地知道了的:超导体排出微弱电流的磁场(即超导体中磁场此时为零——译者),但是不能抗拒数值超过了一定     

La0.67Sr0.08Na0.25MnO3的奇特输运性质及CMR效应

用固相反应法制备了La0.67Sr0.08Na0.25MnO3样品.通过磁化强度-温度(M-T)曲线、电阻率-温度(ρ-T)曲线以及ρ-T拟合曲线研究了样品的输运性质及庞磁电阻(colossal magnetoresistance,CMR)效应.结果表明,ρ-T曲线和磁电阻.温度(MR-T)曲线均出现双峰现象;高温峰是伴随顺磁-铁磁(PM-FM)相变出现绝缘体-金属(1-M)相变,低温峰是颗粒界面效应;两个绝缘相输运机理不同:较低温度下(248K＜T＜274K),P(T)符合极化子的可变程跃迁模型,而在更高温区(330K＜T＜374K),ρ(T)符合极化子近邻跃迁模型;两个类金属相输运机理也不同:在低温区(67K＜T＜186K),满足ρ-T2.5关系,输运机理是自旋波散射和电-磁子散射作用,而在高温区(292K＜T＜304K),满足ρ-T2关系,输运机理是单磁子散射作用.     

铁磁金属薄膜纳米点连接的各向异性磁电阻

首次运用电子束光刻技术和真空沉积技术在硅片表面制备了宽度在20纳米Ni80Fe20薄膜铁磁金属纳米点连接,通过对铁磁金属薄膜纳米点连接样品在不同温度下的磁电阻和I~V的研究,得出宽度在20纳米的铁磁金属薄膜纳米点连接中所观察到的磁电阻现象是各向异性磁电阻,其导电行为主要是金属导体导电行为,受量子化电导作用较小;通过对宽...     

金属玻璃(Cu_(1-x)Ni_x)_33Zr_(67)合金的低温电阻率

本文研究了金属玻璃(Cu_(1-x)Ni_x)_(33)Zr_(67)合金的低温电阻输运特性。在较宽的温区(2—273K)测试了电阻率,测量结果符合Mooij判据。样品电阻率随温度的变化行为与双能级隧道模型符合较好。     

在低温和强磁场下使用的热敏电阻温度计

本文报道了用Co-Ni-Ba-O_2合成的氧化物半导体材料制成的热敏电阻温度计。使用温区为2.8—100K,电阻从几十千欧姆光滑地变化到几十欧姆。相对灵敏度[—dR/dT×1/R]从4.2 K的60％/K左右变化到100 K的1.5％/K左右,达到了实用要求。此温度计的特点是可在强磁场下使用,在4.2 K、7T情况下,磁阻引起的温度变化为1.5～2.0％。温度计的磁阻变化可套用经验公式100×△R/R=c_1H~2/(1+c_2H~2)×T~(-1.5)。当温度不变时(T=4.2K),磁场引起的电阻变化与此公式相符。当磁场不变,磁阻随温度的升高而减小。     

纳米晶LaNiAl薄膜充氦技术研究

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜（膜厚约10 m）,通过调节Ar-He气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量（He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%）,通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明:渗氦LaNiAl膜中的氦含量（原子分数）可达13.9%,氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848 K,最高释放温度为1407 K,主释放峰为1080 K,初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。     

温度和磁场对应变片的影响

电阻应变片的电阻不但随应变变化,而且随温度和磁场变化.为了修正温度和磁场的影响,在4.25K到300K的温度范围内,试验了镍铬合金电阻应变片WK-15-250BG-350的表观应变与温度的关系,并在不同磁场下试验了温度对应变片的影响.在低温下试验了应变片的表观应变与磁场的关系(即磁阻效应).分析了不同温度下,磁场对应变片的影响.试验结果将在TESPE装置的实际应变测量中进行误差修正.     

激光荧光光谱研究Pyrene在SiO_2表面上生成Excimer的机理

用激光荧光法研究了pyrene(芘,嵌二萘)在SiO_2表面上生成excimer(激基缔合物)的机理。在4.2°K温度下,分别用330nm和375nm的激光激发pyrene,可检测到不同的荧光光谱带;在77°K时,分别在392nm和475nm处检测pyrene在SiO_2表面上的激发光谱,也得到不同的激发谱带;说明在实验样品条件下,pyrene在SiO_2表面上有稳定的“静态”eimer存在,当激发这些eimer时,就生成excimer,从而可在475nm附近观察到excimer的特征发射带。然而,不同温度下的荧光光谱又显示出,pyrene吸附在SiO_2表面上除去由dimer受激而直接生成的excimer外,仍有部分“动态”的excimer生成,即由受激的单体pyrene分子在表面通过扩散而和另一个单体pyrene分子形成excimer(就象在溶液中一样)。     

Sm_2(TM)_17合金的磁性(自旋再取向相变)研究

本文研究了Sm_2(FeNiCoM)_(17)合金(M为非磁性组元)的磁性。样品由六角结构无序型的2∶17主相及少量FeNi合金杂相组成。在六角结构的e轴方向(易磁化方向)观察到下述异常现象:低温(273K以下)时的磁化及反磁化曲线发生明显的跃变,跃变时相应的磁场H_r随温度下降而增大;磁滞迴线是蜂腰型的,温度愈低蜂腰愈明显;升温时磁化强度随温度变化(1.5K至居里点T_C)的曲线上出现极大值,其相应的温度T_t随磁场增大而降低;降温时观察到了热磁滞后现象。但在基面(难磁化方向)上及Co含量增多(>18at％)时,样品却表现了正常的铁磁行为。本文提出用磁矩非共线结构排列的自旋再取向相变来解释上述异常现象,并给出自旋倒向所需越过的能垒高度U=9.2×10~(-15)erg,用设想磁结构的模型得到的磁化强度的计算值与实验值也符合得较好。