氧化物中存在O2p空穴的典型实验结果和磁性氧化物的O2p巡游电子模型

负二价氧离子具有满壳层价电子结构(2s^(2)2p^(6)).负一价氧离子的价电子结构为2s^(2)2p^(5),相当于存在1个O2p空穴.传统的凝聚态物理和材料化学研究中都假设氧化物中的氧离子全部为负二价离子,在迄今为止的绝大多数研究氧化物磁性和电输运性质的报道中,采用关于磁有序的超交换和双交换作用模型,都没有考虑O2p空穴的影响.然而,许多价电子状态实验证明,在氧化物中存在不可忽略的O2p空穴,即存在不可忽略的负一价氧离子,其占比可达30%或更多.基于这些实验结果,对传统磁有序模型进行改进,英美学者首先进行了探讨,笔者所在课题组与中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室合作进行了系统的研究.介绍了相关的典型实验结果和理论模型.

Al掺杂ZnO薄膜的结构研究

采用直流反应磁控溅射方法,在玻璃衬底上制备了Al掺杂ZnO薄膜。系统研究了不同氩氧体积比、不同退火温度和氛围、不同Al掺杂浓度对薄膜结构的影响。结果显示,Al掺杂ZnO薄膜为多晶薄膜,呈六角纤锌矿结构,制备条件和后期处理以及掺杂浓度对薄膜的微结构有着很大的影响。在氩氧体积比6∶1条件下制备的薄膜,经真空500℃退火后具有较好的结晶和明显的(002)择优取向。

新型全光纤高能量飞秒光脉冲源的数值模拟

数值模拟了自相似脉冲的产生与压缩,得到一种产生高能量飞秒光脉冲的新方法.结果表明:利用掺铒光纤对光脉冲进行自相似传输,可得到含线性频率啁啾的高能量自相似光脉冲;自相似光脉冲经过空芯光子带隙光纤的一级线性压缩和高非线性光纤的二级非线性压缩,可获得高峰值功率的飞秒光脉冲;压缩过程中存在最佳光纤长度;喇曼自频移和自陡效应对脉冲压缩产生不利影响.

Si衬底上NiCo2O4薄膜的外延生长和电学性质

改变沉积温度,在Si(100)衬底上制备了NiCo2O4外延薄膜,探究其结构和电学性质的变化.研究发现,衬底对薄膜有压应力作用,晶体结构产生压缩效果,使样品导电性增强;变程和近程跃迁在整个测试温区同时作用,低温以变程跃迁为主,高温以近程跃迁为主.

B位掺杂(CH_3NH_3)Pb_(0.5)M_(0.5)I_3(M=C,Si,Ge,Sn)环境友好型光电转化材料第一性原理研究

采用Material Studio(MS)计算软件中的CASTEP软件包构建出环境友好型钙钛矿太阳能电池材料(CH3NH3)Pb0.5M0.5I3(M=C,Si,Ge,Sn)包括母体在内的共计25种位形,研究了B位掺杂对其结构和物理性能的影响.首先,通过GGA+WC关联函数对25种位形分别进行几何优化和能量优化,并获得最终优化后的几何结构与总能量;其次,寻找到能量最低对应的几何结构,并将该结构作为最稳定结构进行研究;计算结果表明,所有位形都属于半导体.随着B位掺杂元素有效离子半径的减小,晶胞体积收缩,带隙有减小的趋势,在费米能级附近态密度分裂成的子带数量逐渐增加,电子密度逐渐降低,光学吸收峰逐渐从高频向低频移动.

磁性材料磁有序的分子场来源

对于磁性材料磁有序能的来源,即外斯分子场来源,本文提出一个模型:在磁性金属和合金中的相邻离子实之间,以及磁性氧化物的相邻阴阳离子间,其外层轨道上高速运动的电子分别有一定概率形成三种不同的状态.1)具有一定寿命的自旋相反的电子对,称为外斯电子对(WEP);2)距离很近且自旋方向相同的电子,容易发生互相交换,交换前后电子的自旋方向保持不变;3)当一个离子外层轨道有2个电子,其相邻的离子外层轨道只有1个电子时,前者多出的电子可以跃迁到后者的轨道上,并且保持自旋方向不变.我们认为,WEP两个电子间的静磁吸引能是分子场(即磁有序能)的主要来源.进而,推导出WEP的能量表达式、两电子的平衡间距和最大间距,探讨了在几种钙钛矿结构锰氧化物中形成外斯电子对的概率,用以解释居里温度附近晶格常数随温度变化的特点.结果表明这个模型是合理的.

N掺杂SiC薄膜的制备及磁有序

采用磁控溅射技术制备了N掺杂SiC薄膜,利用X线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、物理特性测试系统对薄膜成分、结构、磁性进行了表征.结果表明,N掺杂SiC薄膜具有室温铁磁性,N掺杂含量对薄膜的室温铁磁性具有很大的影响,薄膜室温铁磁性可能是由于N替代C来控制Si空位缺陷的电荷态和自旋极化产生的.

晶体结构对TiO_2薄膜电致电阻效应的影响

采用不同方法制备了4种不同相结构的TiO2薄膜:无定形、锐钛矿、金红石和混合相结构.通过对4种Ag/TiO2/Pt样品进行测试和分析发现,其阻变机制符合文献中报道的细丝模型.4种不同结构的样品均能够表现出阻变特性,均具有一定的保持性能和疲劳性能,其中锐钛矿样品具有相对较好的综合性能,其电阻转换比率达到2 000%以上,保持性达到12K以上,疲劳性能也较稳定.

退火对Al掺杂ZnO薄膜结构和磁性的影响

采用直流磁控溅射法制备了Al掺杂ZnO薄膜,并在不同的氛围和温度下进行了退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)对薄膜的结构和磁性进行了表征.采用了一种改进的磁性修正方法对磁测量结果进行了修正.结果表明,不同的退火温度和氛围对薄膜的微结构和磁特性有着较大的影响,与真空退火处理的薄膜相比,空气退火处理的薄膜样品呈现了明显的铁磁性,磁矩约增加了一个数量级.室温铁磁性可能与Al和ZnO基体之间发生的电荷转移以及在不同退火氛围下Al在ZnO晶格中的地位变化有关.

低维半导体器件电阻率的测试理论与实验研究

针对二维和三维半导体器件的电阻率测试进行了详细的理论分析和实验研究.阐述了常规四探针法、改进的四探针法以及两探针法的使用范围,重点讨论了范德堡方法在低维半导体材料电阻率测试中的应用.以NiCo_(2)O_(4)外延薄膜为例,具体分析了材料的导电机理.

顺磁绝缘/铁磁金属相复合材料La_(1.4)Sr_(1.6)Mn_2O_7/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3的磁特性研究

采用溶胶-凝胶法一次性制备了顺磁绝缘/铁磁金属相复合材料La1.4Sr1.6Mn2O7/La0.67Sr0.33MnO3系列样品.用X射线衍射仪分析了样品的晶体结构,通过多功能物理测试系统测量了样品的磁特性.研究发现,复合样品从高温到低温明显经历了2次磁相变过程,在TC1与TC3D之间磁化强度的数值随温度基本保持不变,并且随113相的增加磁化强度逐渐升高,而在小于TC3D的温区,磁化强度却随113相的增加先减小再增大.这种现象主要是由复合材料中113相含量的变化及两相在不同温区的磁耦合造成的.

La0.75Sr0.25Mn1-xO3钙钛矿材料的相结构研究

本文利用溶胶凝胶法，成功制备了名义成分为La0.75Sr0.25Mn1-xO3（x=0．00，0．03，0．05，0．08，0．10，0．13，0．15，0．17）的含有B位空位的钙钛矿样品，最高煅烧温度为1073K．利用软件X Pert High Score Plus对样品的XRD图谱进行分析，当x≤0．08的样品为钙钛矿单相，其余样品含有次相镧的氧化物，说明B位空位存在最大值，0．08〈zm〈0．10；磁性测量结果说明B位空位含量的增加一方面增加了Mnt＋含量，另外一方面阻碍了Mn3＋-O2-Mn4＋双交换作用．

典型磁性材料价电子结构研究面临的机遇与挑战

目前在磁性材料磁有序现象研究中广泛使用的交换作用、超交换作用和双交换作用模型形成于1950年代及其以前,这些模型都涉及材料中的价电子状态,但那时还没有充分的价电子状态实验依据.1970年代以来,有关价电子结构实验结果的报道越来越多,这些实验结果表明传统的磁有序模型需要改进.首先,大量电子谱实验表明,在氧化物中除存在负二价氧离子之外,还存在负一价氧离子,并且负一价氧离子的含量可达30%或更多.这说明以所有氧离子都是负二价离子为基本假设的超交换和双交换作用模型需要改进.其次,一些实验证明,铁、钴、镍自由原子的一部分4s电子在形成铁磁性金属的过程中变成了3d电子,这为探讨金属磁性与电输运性质的关系提供了依据.此外,即使在现代的密度泛函计算中,仍不能给出磁性交换作用能的函数表达式,只能采取各种不同模型进行模拟计算,从而使磁性材料的模拟计算遇到严重困难.寻求一个磁有序能的函数表达式可能是解决这个困难的途径.这些研究表明磁性材料价电子结构研究面临着重大的机遇与挑战.本文首先介绍一些典型的实验例证,然后介绍了基于这些实验结果的一套典型磁性材料的磁有序新模型,随后介绍了基于新模型的磁性材料价电子结构与旧模型的主要区别,最后指出了未来研究工作面临的挑战.

基于布拉格理论对多孔氧化铝薄膜的成色机制研究

利用阳极氧化方法制备出在可见光范围内呈现不同色彩的PAA薄膜,并基于布拉格理论,通过控制在草酸溶液中的阳极氧化时间,实现了对薄膜颜色的精细调控.通过分析薄膜折射率与波长及膜厚的关系,证实理论计算与实验结果是自洽的,并进一步证实PAA薄膜成色机制来源于薄膜干涉.这种鲜艳的结构色在装饰、显示器及防伪方面具有潜在的应用前景.

Si光阳极保护层——CN薄膜

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以沉积时间和沉积温度为变量在n-Si(100)衬底上沉积CN薄膜.XRD与傅里叶转换红外光谱测试表明,沉积物为CN,其中主要含有Si—C键、C—N键、CC键和CN键.紫外测试表明,CN薄膜带隙值约为3eV,光致发光测试也表明其具有良好的适合的带隙.从CN薄膜对Si光阳极光解水的保护性能综合来看,其中沉积时间为60min、沉积温度为400℃所得到的CN薄膜的保护性能最好,其光电流密度达到51.5mA/cm2,腐蚀电流为2.19μA,光解水性能稳定.

对物理课程中历史人物或事件评价绝对化、简单化的审视

在物理课程中，物理学史的恰当引入为培养学生的科学素养提供了有力平台。现行的一些物理教材和实际教学中，将科学事件处理为传奇故事，将科学发现归之于“意外”或“偶然”，存在着对历史人物和历史事件评价绝对化、简单化的倾向。反思这些问题，不仅有利于我们理解科学的本质和科学教育的目标，而且有利于我们理性思考基础教育课程改革，有利于教师教育专业的健康发展，有利于国民科学素养和人文素质的提高。

K-中心点聚类算法优化模型的仿真研究

聚类分析是数据挖掘的一项关键技术,对于大数据集,确定聚类中心点集所需的计算时间相当的长,针对K-中心算法是一种经典的聚类算法,K-中心在处理小数据集聚类的的问题时,具有良好准确性和伸缩性。但由于K-中心初始中心点是随机选取,聚类过程缓慢,易陷入局部极值,聚类的准确性大大降低。为了提高聚类速度和准确性,提出一种改进的快速K-中心聚类算法。方法首先将训练数据集转换为标准的单位特征度量空间,然后将数据先粗划分为m组,再对m组的k个中心进行聚类找到最优聚类中心,找到聚类中心进行聚类并得到最终聚类结果。以网络入侵数据为例对算法进行了验证性分析,实验结果表明,相对于基本K-中心聚类算法,在保持相同聚类效果的情况下,快速K-中心聚类新算法能够加快聚类速度,节省约聚类时间。

样品制备过程中的新热重分析方法

提出一种跟踪钙钛矿锰氧化物各个制备环节的热重分析方法,用以确定在制备过程中的样品质量损失情况。利用溶胶-凝胶法,成功制备了名义成分为La0.7Sr0.3-xAgxMnO3与La0.6Sr0.1Te0.2MnO3钙钛矿锰氧化物材料。利用精度为0.0001g的电子天平分别称量了经不同温度热处理后样品的剩余质量。仔细排除可能导致结果出现误差的因素,例如避免样品在放入干燥箱前由于潮解而导致的质量增加。实验结果表明,经1073K热处理后,没有引起样品La0.7Sr0.3-xAgxMnO3中Ag的质量损失。而经1473K热处理后,样品La0.6Sr0.1Te0.2MnO3中几乎全部的Te离子和一部分Mn离子挥发了。

双势垒异质结构中自旋相关的散粒噪声

利用Landauer-Büttiker散射理论和传递矩阵方法研究了两端具有铁磁接触的双势垒异质结构(F/DB/F)中自旋相关的散粒噪声。计算结果表明:电流和散粒噪声随阱宽的增加发生周期性的振荡,随着垒厚的增加产生了明显的相位差,与自旋向上电子相比,垒厚对自旋向下电子的电流和散粒噪声影响更大。Rashba自旋轨道耦合强度的增加加大了电流和散粒噪声的振荡频率。偏压的增加减小了电流和散粒噪声的振荡频率,增大了电流和散粒噪声的峰谷比和峰值。电流和散粒噪声随自旋轨道耦合强度和偏压的变化强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角。

非共线准相位匹配周期极化RbTiOAsO4的增益带宽

研究了非共线准相位匹配过程中,周期极化RbTiOAsO_4晶体同时满足准相位匹配和群速匹配条件的非共线角和相应的极化周期随信号光波长的变化。分析了满足群速匹配条件时,非共线准相位匹配的调谐特性。数值模拟了增益带宽随非共线角、晶体温度和极化周期的变化关系。对比了群速匹配和最大增益带宽情况下,周期极化RbTiOAsO_4晶体增益带宽与晶体温度之间的关系。