Al_(72)Ni_(20)Co_8十次准晶的新结构模型

198 4年准晶的发现刚由Ｓｈｅｃｈｔｍａｎ等人发表 ,立即就有科学家借用英国数学家、物理学家Ｐｅｎｒｏｓｅ研究数学上的拓扑问题时提出的拼砌图 (ｔｉｌｉｎｇｐａｔ ｔｅｒｎ)来描述其结构 .它至少需要两种结构单元按照一种严格的匹配规则 (ｍａｔｃｈｉｎｇｒｕｌｅ)无重叠地铺满整个平面来得到完美的准周期结构 .这就带来了疑问 :为什么准晶的结构需要两种以上的结构单元 ?这种严格的匹配规则和长程序如何能在急冷凝固这种非平衡条件下得到保证 ?研究准周期结构生长模型的物理学家们分别从能量最小稳定和熵最大稳定的角度探讨了如何由…     

大尺寸单元自组装准晶研究评述

不同于传统的晶体,准晶由非单一的结构单元以一种非重复的方式铺满空间而构成.准晶的形成依赖于短程序和长程序之间微妙的协同,因此准晶常常只在很窄的参数窗口内能得到.近年来,人们利用纳米以至微米级的结构单元,通过溶液中自组装或者在模板上生长,成功地获得了多种大尺寸结构单元的准晶结构.近年的研究还发现,在自然界的矿物中和中世纪伊斯兰建筑装饰上都能找到准晶结构.对准晶结构的多角度、多学科探索,有助于实现准晶的人工设计和生长.     

大尺寸单元自组装准晶研究评述

不同于传统的晶体,准晶由非单一的结构单元以一种非重复的方式铺满空间而构成.准晶的形成依赖于短程序和长程序之间微妙的协同,因此准晶常常只在很窄的参数窗口内能得到.近年来,人们利用纳米以至微米级的结构单元,通过溶液中自组装或者在模板上生长,成功地获得了多种大尺寸结构单元的准晶结构.近年的研究还发现,在自然界的矿物中和中世纪伊斯兰建筑装饰上都能找到准晶结构.对准晶结构的多角度、多学科探索,有助于实现准晶的人工设计和生长.     

准晶理论的新进展

准晶的高分辨电子显微像常显示为直径为2nm、呈十重对称的圆盘,它们还经常重叠。据此,Gummelt在1995年设计出一种内部涂有两种颜色的正十边形,并且证明只要在覆盖时两个十边形中同一颜色的部分相重,就会给出准周期的Penrose图。这种覆盖理论只需要一种正十边形的“准单胞”,覆盖部分是相邻“准单胞”生长的核。覆盖越多,结构越稳定。Gummelt在1999年将正十边形中的两种颜色去掉,既可给出准周期结构,也可给出周期结构,以及介于它们两者之间的各种中间结构。     

准晶切割投影图的计算与图示

基于准晶结构的投影描述法，发展了一种准晶的切割投影图的计算方法，并将这种方法用于十次准晶。首先用计算机计算了完整十次准晶平行于准周期平面的切割投影图，然后对沿周期方向有无限长直位错的十次准晶，分别计算了仅引入相位子应变和同时引入相位子、声子应变的平行于准周期平面的切割投影图。     

光发射谱测量发现准晶能带结构

固体能带论将电子在晶格中的运动表述为布洛赫波 (振幅受晶体周期调制的一系列不同波长ｋ的平面波 ) ,它是近代固体物理学的范式之一 .1984年 ,由于准晶的发现 ,能带论的适用性受到了挑战 .今天 ,随着准晶研究的不断深入 ,人们终于在能带论和准晶之间找到了新的契合点 .晶体的平移周期性是指将一种基块无空隙、不重叠地堆砌 ,即可构建出整个晶格 .对于准晶来说 ,情况却大相径庭 .研究表明 ,为了构成 5次对称或10次对称的二维准晶 ,或者至少需要两种基础拼块 ,或者 (在使用一种拼块的条件下 )应允许拼块的复叠 (ｃｏｖｅｒａｇｅ) .复叠概念…     

一维短沟槽复合准晶结构减阻效应及模拟分析

本文测试了人工构建的一维短沟槽复合准晶结构对流体的减阻性能,并与一维短沟槽复合周期结构和一维沟槽周期结构的流阻进行了对比.实验结果表明,一维短沟槽复合准晶结构的减阻效果优于一维短沟槽复合周期结构,其中一维短沟槽十二重复合准晶结构的减阻效果最佳,同时与一维沟槽周期结构具有同样的减阻效果.在机理分析方面,建立了二维光栅的夫琅禾费衍射波模型,对通过一维短沟槽复合准晶结构的波谱特征进行模拟分析. 频谱分析表明,经过二维准周期光栅的相干波强度谱具有谱带结构特征,抑制了大角度方向上的强峰形成.这一结果与流体流过一维短沟槽复合准晶结构相对应,展向上的准周期结构在激活边界层微扰动的同时,也使得二次涡分布比较均匀,从而抑制了展向强扰动的形成,所以能够有效减小流阻.     

基于超晶格结构衍射图的倒易矢量分布

根据超晶格结构的激光衍射图,提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先,将正方形周期超晶格结构作为参考光栅,得到其衍射图.根据傅里叶光学理论,计算出基本倒易矢量的大小,与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构,证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次,将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅,获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值,推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系,理论计算出能够进行的谐频波长.最后,实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体,探测准相位匹配倍频,所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352μm的有效倍频输出.     

单棱镜共光路干涉法制作多结构二维光子准晶

提出一种共路干涉装置用于复杂结构亚微米尺度光子准晶的大面积制作.改变样品旋转角度和曝光次数,设计多种不同旋转对称性的准晶结构,并给出相应的衍射模式以证明其多重旋转对称性.利用该装置可以制作任意复杂结构、任意旋转对称度的准晶结构.同时,分析了旋转轴和旋转角存在偏差时对准晶结构的影响.另外,采用该装置实验制作了十重准晶结构,并用原子力显微镜和衍射测量表征该准晶的长程指向性和十重旋转对称性,实验结果表明:十重晶格结构的直径为1.2μm,最小结构单元尺寸为377nm,与理论设计尺寸1.25μm和392.5nm相比,误差为4%.理论设计和实验结果一致性很好,对研究以光子带隙为基础的纳米光子学器件具有重要的指导意义.     

人工构建二维准晶复合结构的减阻特性研究

采用旋转锥板式剪切力测试系统,测试了人工构建的具有五次、八次、十次、十二次对称性的二维准晶结构对甘油和水混合液的减阻性能,并与随机排列结构和周期排列结构的流阻进行了对比.对比试验发现：准晶结构具有显著的减阻效果,其中具有十二次对称性的二维准晶结构减阻效应最大,在剪切率为200—2000 s^-1时,剪切力减小的幅度从15%—9%,其最大减阻量可达到15.4%.进一步在所构建的大尺度二维准晶结构的表面,再复合制备微/纳米粗糙结构,这两种尺度的结构协和作用,可实现减阻效果明显提高. 关键词： 准晶结构 粗糙结构 十二次对称性 减阻