含镓石榴石系列大晶格常数磁光衬底单晶研究进展

近年来,光通信技术与集成电子器件飞速发展,以稀土铁石榴石(RIG)为代表的磁光薄膜被视为应用于近红外通信窗口最具潜力的磁光材料。为了尽量减小磁光薄膜在制备过程中相关性能受到的影响,衬底材料的选择成为关键。制备RIG磁光薄膜通常采用Si类及石榴石氧化物类作为衬底材料。RIG磁光薄膜的晶格常数一般在12.4左右,含镓类石榴石氧化物单晶衬底基片与其晶格常数相近,具有大晶格常数特性,是其合适的衬底材料之一。但是,由于原料氧化镓高温易挥发,使含镓类石榴石单晶制备成为一直以来关注和讨论的热点。深入研究含镓类石榴石衬底单晶有望促进新一代磁光器件的发展。本文综述了在含镓类石榴石系列单晶中,氧化物磁光衬底单晶的研究进展,总结了本团队在该类晶体生长、晶体结构、关键参数等方面的研究工作,展望了该类晶体的研究发展趋势。

Rietveld辅助晶格常数法表征Ti(C,N)多相成分

目前用来控制Ti(C,N)粉末质量的检测手段主要为化学分析方法,偏重于C、N、O等元素的控制。本文建立Rietveld辅助晶格常数法,通过相结构来鉴别Ti(C,N)固溶相粉末的成分差异。结果表明:新方法的模型构建与前提假设是可行的,但对于高角度分峰不明显的谱图,需要从逻辑层面上如拟合参数、工艺条件或物理意义等对拟合结果的合理性进行判定,才能避免多解,确定唯一解;模型构建得到的Ti(C,N)相结构存在多组解的情况下,不影响理论C、N含量的推导计算。

晶格常数的变化对钛酸铝热稳定性的影响

深入研究了晶格常数的变化和钛酸铝热稳定性的关系．通过仔细分析钛酸铝的晶格常数随温度变化的特点，发现钛酸铝的晶格常数Ｃ随温度升高而降低这一反常现象．提出了钛酸铝的稳定性与其晶格常数Ｃ的大小密切相关的论点．在钛酸铝中引入多种添加剂以改变其晶格常数．结果发现晶格常数Ｃ的大小反映了钛酸铝的稳定性．晶格常数Ｃ越大，钛酸铝就越稳定.钛酸铝稳定性提高的原因是：晶格常数ｃ对应于钛酸铝晶体结构中畸变的［ＭｅＯ6］八面体的高度，Ｃ值增大导致八面体的畸变程度降低，结果就使得钛酸铝更稳定．还研究了不同烧成工艺对钛酸铝的晶格常数和稳定性的影响,结果发现：随着烧成温度的提高和保温时间的延长，钛酸铝的晶格常数Ｃ增大，其稳定性也相应提高．

W含量及组织状态对镍基高温合金晶格常数及错配度的影响

通过对镍基合金的组织形貌观察和X射线衍射分析,研究元素W及组织状态对镍基合金晶格常数及错配度的影响。结果表明,7.5%W镍基合金经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶并均匀分布在γ基体相中。随元素W含量增加,合金中γ′和γ两相的合成衍射峰值略有左移,使γ′和γ两相的晶格常数增加,其中γ′相晶格常数增加幅度较大的原因是元素W较大比例地分布在γ′相中,并由此使合金中两相的晶格错配度由负值转变为正值。经完全热处理后,合金中γ和γ′两相有较小的晶格错配度,在高温拉伸蠕变期间外加应力的作用下,γ基体相的晶格常数值增加幅度较大,致使合金中γ′和γ两相晶格错配度的绝对值增加。

Re及温度对单晶镍基合金晶格常数及错配度的影响

通过对不同状态及不同Re含量单晶镍基合金进行高、低温X射线衍射谱线测定及组织形貌观察,研究Re含量及温度对单晶镍基合金中γ、γ′两相晶格常数及错配度的影响。结果表明:铸态合金中γ、γ′两相有较大的晶格常数及错配度;经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,合金中两相的晶格常数及错配度略有减小;长期时效使γ′相粗化后,两相之间出现界面位错,使合金中两相的晶格常数及错配度绝对值增加。随Re含量增加,合金中γ、γ′两相在室温的晶格常数增大,错配度的绝对值减小。与γ′相相比,γ基体相有较大的膨胀系数,因此,随温度提高,合金中两相晶格错配度的绝对值增大。

第一原理计算稀磁半导体(In_(1-x)Mn_x)As的晶格常数,磁性和电子结构

用紧束缚近似线性Muffin-tin轨道的方法计算了稀磁半导体(In1-xMnx)As(x=1/2,1/4和1/8)的晶格常数,磁性和电子结构.给出了Mn掺杂浓度的变化对(In1-xMnx)As的晶格常数,磁性和电子结构的影响.

常见客体分子对笼型水合物晶格常数的影响

天然气水合物被认为是未来理想替代能源之一,相关基础与应用研究已成为国内外研究热点。客体分子对水合物晶胞参数的影响规律研究是水合物结构特征研究的重要内容,对理解水合物主客体分子间相互作用、形成分解微观机理及其稳定性变化具有重要意义。为考察不同客体分子对水合物微观结构特征的影响,本文合成了系列水合物样品(甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳、四氢呋喃、甲烷+2,2-二甲基丁烷和甲烷+甲基环己烷),并基于低温X射线衍射技术对样品结构特征进行了分析,探讨了水合物样品晶格常数与客体分子尺寸间的关系。结果表明,(1)低温X射线衍射技术能够有效获取天然气水合物样品的晶格常数及结构类型等特征。(2)甲烷、乙烷、丙烷及异丁烷等烷烃类同系物形成的单一组分水合物样品晶格常数与客体分子的尺寸(范德华直径)呈现正相关关系。同等条件下,分子尺寸越大,相应水合物的晶格常数越大。尺寸较小的甲烷、乙烷生成Ⅰ型结构水合物,而丙烷、异丁烷等相对较大的分子则形成Ⅱ型结构水合物。(3)含氧原子客体分子(如CO_2、THF)水合物样品的结构类型依然受范德华直径的控制,但其晶格常数与客体分子尺寸间的相关性不遵从烷烃类水合物的正相关关系,分析认为该现象是氧原子特殊的电负性致使客体分子与"水笼"间产生异常相互作用所致。(5) H型水合物样品中,大分子与辅助小分子对水合物不同方向晶轴长度影响分别呈现反向趋势特征。与甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,甲烷+甲基环己烷水合物样品a轴方向长度较短,而c轴方向长度略长。与相同温度下甲烷+2,2-二甲基丁烷水合物样品相比,由小分子氮气辅助形成的H型水合物样品晶胞a轴方向略长,而c轴方向长度较短。

ZnO晶体晶格常数及弹性模量的第一性原理计算

本文采用密度泛函理论及第一性原理对ZnO晶体结构参数和弹性模量进行了模拟计算,推导出了六角密集结构晶体弹性模量的解析表达式。计算中采用了Abinit计算软件,得到了ZnO晶体的晶格常数和弹性模量。计算表明,a轴和c轴的晶格常数分别为a=6.03Bohr(1Bohr=0.053nm)和c=9.82Bohr,与实验值比较其相对误差均在1.63%以下。在用局域密度近似和广义梯度近似两种不同的方法计算弹性模量时,用局域密度近似的计算结果为1.402Pa,与实验结果比较相对误差为2.6%。计算得知,它比广义梯度近似的计算结果更为精确。

余氏理论中晶格常数与温度的关系

通过建立晶格常数与温度的关系 ,为余氏理论的非常温 (高温 )BLD计算提供了基础 .计算了高温材料1 2Cr1MoV含碳和不含碳典型晶胞从 2 0～ 70 0℃的晶格常数和价电子结构 .通过不同温度价电子结构参数的对比 ,发现温度升高 ,不仅使晶格常数增加 ,而且改变了物质内部的价电子结构参数 .

交换关联势对FP-LMTO计算SnTe晶格常数及能带结构的影响

用基于第一性原理的全势能线性Muffin Tin轨道组合 (FP LMTO)方法计算了SnTe的总能 ,给出了体系平衡时的晶格常数及其能带结构 ,并讨论了取不同的交换关联势对计算结果的影响 .

质子交换LiTaO_3光波导特性及晶格常数变化

采用气相质子交换方法，在Ｚ－切ＬｉＴａＯ３晶体表面制备平面光滑波导层。样品制备采用２４５℃苯甲酸气体，在 ＬｉＴａＯ３晶体在－Ｃ和＋Ｃ表面交换 ８～２０ 小时。质子交换层在 ＬｉＴａＯ３表面形成，并用棱镜耦合测量波导样品。然后在ＨＦ：ＨＮＯ３酸中用化学方法腐蚀波导层，并用电子显微镜观测光波导层与衬底界面的形貌。用Ｘ射线衍射法，测量ＬｉＴａＯ３质子交换光波层的晶格常数变化。用双晶Ｘ射线测量质子交换（ＰＥ）和退火质子交换（ＡＰＥ）波导层晶格常数的变化。样品的Ｘ射线衍射曲线表明，ＰＥ和ＡＰＥ波导晶格常数的变化不同。实验中，还测量了有无极畴反转ＬｉＴａＯ３晶格常数的改变。

利用微波布拉格反射测量模拟点阵的晶格常数

利用微波做信号源;模拟晶体点阵做光栅,进行布拉格反射实验,测得点阵常数与直接测量的结果非常接近。实验直观形象,便于学生对X射线衍射实验的理解。

氢对Super－α_2合金α_2／β相变点及晶格常数的影响

用膨胀仪测定了含氢Ｓｕｐｅｒ－α_２合金的α２／β相变点；用Ｘ射线衍射仪探讨了氢对α２和β相晶格常数的影响．结果表明，随氢含量增加，Ｓｕｐｅｒ－α２／β相交点显著降低，β相晶格常数显著增大，α２相的晶格常数α增大，而ｃ变化不大．

电气石的化学成分与其晶格常数的关系

通过对来自新疆、云南、广西、内蒙古、越南和南非等地电气石的化学成分、X射线衍射的物相分析和晶格常数的测定,研究了电气石的化学成分和晶格常数的关系.分析认为,阳离子质量浓度与离子半径是影响电气石晶格常数的主要因素;Fe和Mg元素对电气石晶格常数有较大影响;随Fe或Mg元素含量增加,晶格常数增大.不同种类电气石的晶格常数有较大差异,电气石的外观色泽与晶格常数对应关系良好.

Au-Cu系中无序和有序相的晶格常数

依据合金特征晶体理论，固溶体中组元的原子状态分裂成若干特征原子状态，固溶体的晶格常数可由特征晶体的晶格常数相加定律、特征原子体积相加定律和特征原子状态相加定律求得。介绍了无序二元固溶体的9种晶格常数函数；确定了无序Au-Cu合金及其组元的晶格常数函数；预计了Au_3Cu，AuCu，AuCu_3和相应有序合金随成分变化的晶格常数、理论值与实验值符合较好．

晶格常数对光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质光学滤波器、光开关等量子光学器件,用传输矩阵法理论研究晶格常数对一维光量子阱(AB)5(CD)2(BA)5透射谱的影响,结果发现:当A、B介质层的晶格常数偶数倍增加时,禁带中心频率处的窄透射峰变成宽透射带,透射带两侧对称分布着2条透射率为100%的窄透射峰;当A介质层的晶格常数奇数倍增加时,禁带中心频率处出现透射率为100%单条窄透射峰;当B介质层的晶格常数奇数倍增加,或D介质层的晶格常数按整数倍增加时,禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄透射峰,且三者之间距离随着B、D介质层晶格常数的增大而逐步向禁带中心靠拢;当D介质层晶格常数按整数增加时,不仅禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄带透射峰,同时两侧对称出现与晶格常数倍数密切相关的双透射峰结构,且双透射峰的透射率随晶格常数倍数增大而增高。这些特性可实现可调通道光滤波和光开关功能,并为实验制备工作提供理论指导。

时效对微晶Al-Si系合金α-Al相晶格常数的影响

研究了时效对微晶态Al－Si二元合金和Al－Si－Fe－Cu－Mg多元合金相组成、基体α－Al相晶格常数的影响。结果表明：时效初期合金中第二相质量分数明显增加，时效一定时间后，第二相质量分数不再变化，而α－Al相晶格常数一直增大，直至超过纯铝晶格常数值；两种合金时效100h后，晶格常数趋于一致。

10CrMo_(910)钢管的晶格常数和显微硬度的研究

本文研究了用于高温高压火力发电厂蒸汽管道的10CrMo_(910)钢管经过长期运行后晶格常数和显微硬度的变化情况。

Al单晶的结合能和晶格常数的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论框架下平面波赝势法的VASP软件包可以根据任意给定的一个晶胞棱边长度在原胞内求解Kohn-Sham方程,并算出相应的结合能,当结合能为最小值时,整个原胞的结构最为稳定,此时原胞的长度即为晶格常数。我们采用此方法计算了Al单晶的结合能和晶格常数,计算的结果与实验吻合得很好。

一种计算六方系晶格常数的新方法

本文介绍了一种利用外推函数计算六方系晶格常数的新方法。以减少因仅用少数几条(hko)和(00l)衍射峰数据计算其晶格常数带来的误差。