氮化硼纳米片的电子结构和自旋调控

单层氮化硼纳米材料具有与石墨烯相似的原子排列方式, 但是由于硼原子和氮原子之间的电荷转移, 两种材料的电子特性具有较大的差异. 本文采用Hubbard模型和量子力学第一性原理计算相结合的方法研究了具有氢原子饱和的锯齿型边界的三角形氮化硼纳米片(Nanoflake) 的电子结构, 发现：与相应的石墨烯纳米片不同, 出现在氮化硼纳米片费米能级附近的零能态(zero-energy-states)要么被电子完全占据, 要么是全空的, 表现出自旋简并的特点; 通过对氮化硼纳米片进行电子(或空穴)掺杂可以有效地调控"零能态"上的电子占据, 进而对氮化硼纳米片的自旋进行调控. 这将为氮化硼纳米材料在自旋电子学等领域的应用提供重要的理论依据. 关键词： 氮化硼纳米片 电子结构调控 Hubbard 模型 量子力学第一性原理     

六角氮化硼纳米带的几何和电子结构理论研究

本文采用密度泛函B3LYP方法在6-31G*水平上，对一系列不同宽度的锯齿型和扶手椅型六角氮化硼纳米带进行了理论研究。结果表明纳米带宽度对体系的性质有规律性的影响。随着宽度的增加，纳米带不同位置的硼氮键键长差异逐步减小从而提高了整个体系的共轭性；锯齿型纳米带的能隙单调减小而扶手椅型纳米带的能隙在减小的同时出现振荡，且振幅随宽度逐渐减小。锯齿型氮化硼纳米带的化学势在特定宽度出现了极值点。前线分子轨道的分布随着宽度的增加出现了非均匀分布，呈现出向边界偏移的现象。     

六角氮化硼纳米带的几何和电子结构理论研究

本文采用密度泛函B3LYP方法在6-31G*水平上,对一系列不同宽度的锯齿型和扶手椅型六角氮化硼纳米带进行了理论研究。结果表明纳米带宽度对体系的性质有规律性的影响。随着宽度的增加,纳米带不同位置的硼氮键键长差异逐步减小从而提高了整个体系的共轭性;锯齿型纳米带的能隙单调减小而扶手椅型纳米带的能隙在减小的同时出现振荡,且振幅随宽度逐渐减小。锯齿型氮化硼纳米带的化学势在特定宽度出现了极值点。前线分子轨道的分布随着宽度的增加出现了非均匀分布,呈现出向边界偏移的现象。     

双离子(40Ar+,C2H6+)辐照合成金刚石纳米晶颗粒

用双离子(40Ar+,C1H6+)辐照实验完成了从多壁碳纳米管向金刚石纳米晶颗粒的转变.对转变机理进行了初步探讨.这一探索有望能成为一种金刚石纳米晶合成的新途径.由此可知,多重荷能离子辐照用于其他材料纳米结构的制备也不是凭空设想.     

硼硅酸盐玻璃的电子辐照效应

在高放废物长期地质处置过程中,作为第一层工程屏障的固化体玻璃会受到持续的电子辐照,研究其电子辐照效应对高放废物的长期安全处置具有重要的意义。在透射电子显微镜(TEM)上对硼硅酸盐玻璃样品进行原位电子辐照实验。在电子束的作用下,两种硼硅酸盐玻璃均很快发生相分离现象,这主要是由于电离作用导致Na的迁移或逃逸引起网络体结构重组的结果。引入简单的结构模型解释了两种不同组分硼硅酸盐玻璃相分离的不同,结果表明,相分离的不同与玻璃组分中Na成分的多少密切相关。     

双离子(40Ar+, C2H+6)辐照合成金刚石纳米晶颗粒

用双离子(⁴⁰Ar⁺，C₂H⁺₆)辐照实验完成了从多壁碳纳米管向金刚石纳米晶颗粒的转变.对转变机理进行了初步探讨.这一探索有望能成为一种金刚石纳米晶合成的新途径.由此可知，多重荷能离子辐照用于其他材料纳米结构的制备也不是凭空设想. 关键词： 金刚石纳米晶 离子辐照 透射电子显微镜     

纳米结构中磁斯格明子的原位电子全息研究

斯格明子(skyrmion)磁序结构与晶体微观结构的关联是新型功能磁材料和器件研发的重要问题.本文利用微纳加工技术制备了形状、尺寸均可控的磁纳米结构,通过电子全息术观察定量地分析了斯格明子磁序结构,确定了材料晶格缺陷和空间受限效应对斯格明子磁结构形成和稳定机制的影响,系统地分析了斯格明子基元的磁功能与材料微结构的关联.文中主要探讨了两个问题:1)斯格明子在磁纳米结构中的空间受限效应.重点研究斯格明子磁序随外磁场和温度变化的演变规律,探索其演变过程的拓扑属性和稳定性;2)晶格缺陷对斯格明子磁结构的影响,重点考察晶界原子结构手性反转对斯格明子磁序的影响.这些研究结果可为研发以磁斯格明子为基元的磁信息存储器及自旋电子学器件提供重要实验基础.     

双壁纳米碳管的制备及其结构研究

用含有铁族金属硫化物的复合石墨棒作阳极，在氢气氛围下实施电弧放电，制备出了双壁纳米碳管.经透射电子显微镜观察与分析，发现在蒸发室内壁及阴极周围的附着物中，都含有双壁纳米碳管. 关键词： 双壁纳米碳管 透射电子显微镜     

一些新颖碳纳米结构的高分辨率透射电子显微镜研究

在双阳极电弧放电的阴极沉积物中已发现扁平碳纳米壳、碳纳米棒和棒-管相连的碳纳米结构.高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)确认了碳纳米管直接生长在纳米棒之上,因而碳纳米管生长开端的来龙去脉清晰可见.另外,HRTEM图像显示,多壳层碳纳米棒有一条中心线.有可能这是一种基于单键和三重键交替“sp”杂化的炔链碳同素异形体. 关键词：     

40Ar+诱导无定形碳到金刚石纳米晶相变的研究

通过60keV的 40Ar+辐照无定形碳靶合成了大量尺寸不同的金刚石纳米颗粒.高分辨透射电子显微镜配合能量色散X射线谱和电子衍射以及Raman谱分析的结果表明,这些嵌于具有扰动石墨结构薄膜中的纳米金刚石颗粒,其成核率很高(约为1013 /cm2),而且可以生长到较大的尺寸,有的甚至可以达到微米量级.对其相转变过程也进行了初步探讨.     

Orientation Sensitive EELS-analysis of Boron Nitride Nanometric Hollow Spheres

We present a theory for the inelastic scattering cross-section in hexagonal boron nitride. Explicitly accounting for effects of beam convergence and a finite collection aperture, we present an approach that well describes the form of the observed Boron K-edge. We use this technique to investigate the crystallographic structure of boron nitride nanometric hollow spheres.     

离子轰击产生湍层氮化硼

用高分辨率透射电子显微镜检查了N+2离子轰击后的氮化硼样品.发现在片状六方形氮化硼sp2层的弯折区,有0.35mm晶面间距的湍层氮化硼形成.虽然其形成机制尚不清楚,但是基于束流–固体相互作用观点的讨论可能是了解湍层氮化硼结构生长过程的关键所在.     

Boron nitride phase diagram. State of the art

Abstract

From recent experimental data on BN thermodynamic propeties, the equilibrium phase diagram for boron nitride has been plotted, which differs from the generally accepted Bundy-Wentorfs one. At atmospheric pressure cubic boron niride has been shown to be a thermodynamically stable modification up to temperatures of 1600 K, which drastically changes the established notions of BN polymorphism, based on assumed analogy of phase diagrams for carbon and boron nitride. These studies have shown that according to the proposed equilibrium phase diagram the threshold pressure of cBN crystallization can be reduced from 4 down to 2 GPa with the supercritical fluids present, which opens new fields for developing methods for cBN low-pressure synthesis.     

Synthesis of boron nitride nanostructures from catalyst of iron compounds via thermal chemical vapor deposition technique

For the first time, patterned growth of boron nitride nanostructures (BNNs) is achieved by thermal chemical vapor deposition (TCVD) technique at 1150 °C using a mixture of FeS/Fe₂O₃ catalyst supported in alumina nanostructured, boron amorphous and ammonia (NH₃) as reagent gas. This innovative catalyst was synthesized in our laboratory and systematically characterized. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The X-ray diffraction profile of the synthesized catalyst indicates the coexistence of three different crystal structures showing the presence of a cubic structure of iron oxide and iron sulfide besides the gamma alumina (γ) phase. The results show that boron nitride bamboo-like nanotubes (BNNTs) and hexagonal boron nitride (h-BN) nanosheets were successfully synthesized. Furthermore, the important contribution of this work is the manufacture of BNNs from FeS/Fe₂O₃ mixture.     

Thermal phase stability of rhombohedral boron nitride

Abstract

Thermal phase stability of rhombohedra] boron nitride has been studied between 0 and 8 GPa from 300 to 2700 K. Analysis of the data obtained points to the decisive role of kinetic factors in the rBN phase transformations, the structure and dispersity of the samples under study being of great importance. rBN phase transformations in the cBN thermodynamic stability region of the equilibrium p,T phase diagram for boron nitride occur according to Ostwald stepwise principle by the rBN→hBN→(wBN)→cBN scheme.     

立方氮化硼薄膜生长过程中的界面控制

在立方氮化硼薄膜气相生长过程中生成的无定形初期层和乱层结构氮化硼中间层，一直是阻碍立方氮化硼薄膜外延生长的主要原因.系统地分析了硅衬底预处理对立方氮化硼薄膜中无定形初期层成分的影响，发现在等离子体化学气相生长法制备薄膜时，硅衬底上形成无定形初期层的可能原因有氧的存在、离子轰击以及高温下硅的氮化物的形成.在H₂气氛中1200K热处理硅衬底可以有效地减少真空室中残留氧浓度，除去硅表面的自然氧化层，保持硅衬底表面晶体结构.控制衬底温度不超过900 K，就能防止硅的氮化物的形成，成功地除去无 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体化学气相生长 界面 电子显微镜     

立方氮化硼薄膜沉积过程的相变研究

从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程，以及杂质和缺陷对立方氮化硼(c-BN)薄膜制备的影响.研究了从六角氮化硼(h-BN)到c-BN转变的一个可能的过程，即h-BN→菱形氮化硼(r-BN)→c-BN过程.对纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒，在实验室条件下很难能够提供能量来越过这个势垒.而从r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒.这个能量势垒要低于从h-BN到纤锌矿氮化硼(w-BN)转变所需要克服的能量势垒.c-BN薄膜的制备过程中，薄膜在高能粒子轰击下，会产生大量的缺陷，这些缺陷对立方相的形成起到了重要的作用，缺陷和杂质的存在大大降低了从h-BN到r-BN转变的能量势垒.根据这个理论模型，在两步法制备c-BN薄膜的基础上，调整实验参数，形成三步法制备高质量c-BN薄膜.主要研究了三步法中第一步的时间和衬底负偏压对c-BN薄膜制备的影响，找到合适的沉积时间和衬底负偏压分别为5min和-180V.采用三步法制备薄膜，可以重复得到高立方相体积分数(立方相体积分数超过80%)的BN薄膜，并且实验重复性达到70%以上. 关键词： 立方氮化硼 能量势垒 缺陷 衬底偏压     

A new boron nitride phase diagram and chemical interaction in the B-N system at high pressures

Abstract

The analysis of the experimental data on the interaction of boron and its compounds with ammonia, nitrogen and hydrazine at 0.5–8.0 GPa and 600 to 1600 K was carried out in the frame of the new conception of phase p, T-diagram for the boron nitride. The results obtained show that in the E-N system an alternative metastable behavior of the forming boron nitride is observed in a wide p,T-range. And a considerable amount of the data obtained cannot be explained on the basis of the generally accepted view on the EN polymorphism.     

X-ray photoelectron spectroscopy study of cubic boron nitride single crystals grown under high pressure and high temperature

The defects, impurities and their bonding states of unintentionally doped cubic boron nitride (cBN) single crystals were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results indicate that nitrogen vacancy (V_N) is the main native defect of the cBN crystals since the atomic ratio of B:N is always larger than 1 before Ar ion sputtering. After sputter cleaning, around 6 at% carbon, which probably comes from the growth chamber, remains in the samples as the main impurity. Carbon can substitute nitrogen lattice site and form the bonding states of CBN or CB, which can be verified by the XPS spectra of C1s, B1s and N1s. The C impurity (acceptor) and N vacancy (donor) can compose the donor-acceptor complex to affect the electrical and optical properties of cBN crystals.