亚纳米尺度测量界面晶格振动的方法:四维电子能量损失能谱技术

本文介绍了近年来发展的四维电子能量损失谱(four-dimensional electron energy loss spectroscopy,4D-EELS)方法的原理及在界面晶格动力学研究方面的应用。详细阐述了四维电子能量损失谱数据采集的需求、方案设计、技术特点等,并对比了该方法与其它散射谱学方法,尤其是振动谱学技术的主要优缺点。该方法的主要特点是在具有较高能量分辨率的同时,可以分别实现较高的空间、动量分辨能力,也可以通过调整实验参数灵活地在二者间取得平衡,从而将色散测量的空间分辨率提高至纳米量级。这一方法的发展使得声子色散的测量不再依赖于中子散射、同步辐射等大科学装置,也不再局限于大单晶样品的测量,能够实现对单个纳米结构甚至单原子尺寸的界面进行色散测量。

分子动力学模拟聚赖氨酸在晶格界面上的吸附

分子模拟为从微观角度理解生物大分子提供了有利的工具。本文采用分子动力学方法研究在Pt(100)、Pt(110)及Pt (111)三种晶格界面上聚十赖氨酸分子的吸附,以从分子水平上研究蛋白质吸附的动态过程和机理。界面的作用使部分聚十赖氨酸分子出现了较明显的二面角变化,说明吸附过程中界面的特性对聚赖氨酸的分子结构有影响;在Pt(100)与Pt(111)界面上,聚十赖氨酸分子构象变化较大,Pt(110)变化较小。聚十赖氨酸分子在吸附中,能量变化与分子构象变化的结果一致,构象变化较大的Pt(100)和Pt(111)界面上聚十赖氨酸分子能量的平均值高于Pt(110)。聚十赖氨酸分子在Pt(100)与Pt(111)界面上先远离界面运动,然后在某位置稳定波动;在Pt(110)界面上先靠近界面运动一段时间后又远离界面。

硅锗超晶格薄膜界面热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法(NEMD)对超晶格薄膜导热系数与界面晶格失配的关系进行了研究,并就晶格失配使导热系数产生极小值的原因进行了分析。模拟是在加温度梯度的系统中进行的,固定周期长度;其中采用热流修正,分层考虑的思想使系统稳定。模拟结果揭示了,当温度固定时,界面处晶格失配对超晶格薄膜热传导性能的下降有贡献。结果中也发现,当失配程度增大到一定值后,热传导系数出现极小值,经初步分析为声子传播模式不同引起。