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[硕士论文] 郭昌
轻工技术与工程 西安理工大学 2019(学位年度)
[硕士论文] 熊帅
系统工程 电子科技大学 2019(学位年度)
[博士论文] 杨旭
等离子体物理 大连理工大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 胡蕊
凝聚态物理 山西大学 2018(学位年度)
[博士论文] 艾岳巍
机械制造及其自动化 华中科技大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 杨倩
凝聚态物理 武汉大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 温辛花
微电子学与固体电子学 武汉大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 杨建生
食品科学与工程 浙江工商大学 2018(学位年度)
摘要:以氯酸钠为代表的晶体手性对称破缺一直是科学研究与学术探讨的热点,在氯酸钠溶液结晶过程中,除理化因素外,某些手性物质的添加,比如氨基酸、葡萄糖,也可能会导致氯酸钠晶体发生定向手性对称破缺,这类手性物质被称为手性诱导剂。然而,目前对于手性诱导剂能否诱导晶体手性对称破缺及其诱导机理尚存在重大分歧,本研究首先以氨基酸作为手性诱导剂,考察了不同氨基酸对晶体手性对称破缺的影响,其次探讨了以氨基酸为代表的手性诱导剂分子诱导晶体手性对称破缺的机制。
  我们以氯酸钠溶液的结晶过程为研究对象,在过饱和度、结晶温度、结晶时间一致时,考察氯酸钠溶液在L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸、L-精氨酸、L-酪氨酸以及L-脯氨酸等几种不同空间结构的氨基酸诱导剂的作用下,溶液结晶手性对称破缺的情况,手性对称破缺的程度以CEE(Crystal Enantiomeric Excess)来衡量。实验结果显示L-精氨酸诱导下的氯酸钠溶液结晶体系的CEE与纯氯酸钠溶液结晶体系的CEE具有显著差异,L-精氨酸的加入可以定向扩大氯酸钠溶液结晶生成的D型晶体比例。其他氨基酸诱导下的氯酸钠溶液结晶体系的CEE与纯氯酸钠溶液结晶体系的CEE并无明显差异,这说明只有L-精氨酸对氯酸钠溶液结晶手性具有诱导作用,同时也说明特定手性诱导剂确实能够使晶体发生定向手性对称破缺。
  由于在手性分子诱导手性晶体不对称成核过程中,仅手性分子的空间结构会对此过程产生明显影响,所以我们提出了一个新的理论—基于尺寸效应的诱导机制,来解释L-精氨酸诱导氯酸钠晶体手性对称破缺的现象,该诱导机制认为L-精氨酸分子与D型氯酸钠晶体在空间结构上的匹配可以降低成核的表面能,所以氯酸钠分子或分子团簇在以L-精氨酸为模板进行成核时会更加容易生成D型氯酸钠晶体,这样就导致最终生成的D型晶体个数多于L型。基于尺寸效应的手性诱导机制可以合理地解释L-精氨酸对氯酸钠晶体手性的诱导现象,为了佐证基于尺寸效应的手性诱导机制的正确性,我们又让L-精氨酸去诱导跟氯酸钠晶体空间结构几乎完全相同的溴酸钠晶体,实验结果表明L-精氨酸对溴酸钠溶液结晶同样具有手性诱导作用,这从正面佐证了基于尺寸效应的手性诱导机制的正确性。
  为了使L-精氨酸分子诱导氯酸钠晶体实现定向完整手性对称破缺,本文通过在含过量氯酸钠溶质晶体的溶液中添加L-精氨酸,并采用研磨搅拌的方式,进行了L-精氨酸分子诱导氯酸钠晶体完整手性对称破缺的研究,考察了L-精氨酸含量,玻璃珠添加量,搅拌速度三个因素对氯酸钠晶体手性对称破缺的影响。结果表明L-精氨酸具有很强的手性诱导效应,在其与氯酸钠的物质的量之比为1∶1350时(此时其浓度仅约为0.008mol/L),在研磨搅拌作用下仍然可以诱导氯酸钠晶体实现定向高度手性对称破缺。随着L-精氨酸含量的增加,氯酸钠晶体实现同样程度手性对称破缺的时间会有所缩短,但最终的手性对称破缺程度却没有提高,最终D型晶体的光学纯度,同时也是结晶体系的CEE,均会止步于94%左右。而当L-精氨酸与氯酸钠晶体的物质的量之比提高到1∶400(对应的L-精氨酸浓度约为0.026mol/L)时,氯酸钠晶体反而不易实现高度的手性对称破缺,这可能是因为较高浓度的L-精氨酸破坏了氯酸钠的正常结晶体系。同样,玻璃珠添加量以及搅拌速度的提高只能缩短结晶体系实现同等程度对称破缺所需的时间,不能提高体系最终的手性对称破缺程度,最终D型晶体的光学纯度,同时也是结晶体系的CEE,同样也在94%左右。
[硕士论文] 张建文
材料工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:Cd1-xMnxTe(CMT)晶体属于II-VI族三元化合物半导体材料,被称为第二代稀释磁性半导体材料,上世纪80年代末,人们开始研究Cd1-xMnxTe材料,由于其顺磁Mn2+离子的存在,使得Cd2-的p态电子与其s态电子发生相互交换作用,即一种Mn磁距之间的短程反铁磁性耦合。常温下这种短程反铁磁性耦合可以产生多种特性,可以用来制作磁场调节器、光隔离器、电光开关、半导体激光器件以及太阳能电池等。近年来,人们开始深入探究Cd1-xMnxTe直接带隙宽禁带的特性,从而开拓出Cd1-xMnxTe半导体材料新的应用领域。例如Cd1-xMnxTe晶体中掺杂Al和Sn之后,常用于能谱探测器。Cd1-xMnxTe晶体中掺杂In之后,常用于高分辨率的谱仪处理系统之中。Cd1-xMnxTe晶体中掺杂Ga之后,被用于光存储器中等。1999年,科研人员发现Cd1-xMnxTe材料可用于室温核辐射探测器中,因为在零磁场环境下, Cd1-xMnxTe与Cd1-xZnxTe化合物半导体具有相似的性能。目前Cd1-xMnxTe材料被广泛应用于红外探测器、X射线、γ射线探测器等。与Cd1-xZnxTe材料具有相似的晶体结构和能带结构,并且Cd1-xMnxTe在某些方面的性能优于Cd1-xZnxTe。比如,大的禁带宽度、高的平均原子序数、高的晶格完整性等。因此,在X/γ核辐射射线探测器方面Cd1-xMnxTe有望取代Cd1-xZnxTe成为最有前景的核辐射探测器材料。
  高电阻率是制备核辐射探测器的关键指标之一,采用传统晶体生长方法生长的Cd1-xMnxTe晶体难以达到高质量的半绝缘态,这是因为在高温生长环境下,相比其它两组分,Cd具有最大的平衡蒸气压,Cd组元的蒸发使得生长的晶体偏离化学计量比,生成大量点缺陷,降低了Cd1-xMnxTe晶体的电阻率,因此,可以通过掺杂引入施主杂质对形成的Cd空位进行补偿的方法来降低缺陷,提高电阻率。西北工业大学张继军等人采用垂直布里奇曼法制备了掺In的Cd1-xMnxTe晶体,其电阻率提高到108~109Ω·cm。本文通过掺杂钒(V)的方法, V的掺杂浓度为1×1017cm-3,晶体生长方法为Te溶液垂直布里奇曼法。来提高Cd1-xMnxTe晶体的电阻率。
  本文通过设计合理的掺杂浓度和优化生长工艺参数,采用富Te布里奇曼法生长出了?30mm×90mm的Cd0.9Mn0.1Te:V单晶体。分别对晶体的结晶质量、缺陷、光电性能等方面进行了评价。(1)结晶质量评价:X射线粉末衍射表明V的掺杂并未影响晶体的晶格结构,晶体结晶质量高。采用电子探针微区分析方法(EPMA)表面Mn在晶体轴向方向上的分布相对均匀,(2)缺陷研究:红外显微分析(IRMA) 结果表面Te夹杂相的形貌主要有四边形和六边形,晶锭头部、中部、尾部的Te夹杂相的密度(单位:Density/cm-2)分别为5.1×104、1.4×103、6.0×105,说明晶锭中间部位的结晶质量较好;透射电镜(TEM)分析过程中也发现了Te相,研究结果确定了基体和Te相的取向关系为:CMT[111]//Te[001];扫描电镜发现了孪晶的存在,通过研究孪晶与Te夹杂相之间的关系,表明Te夹杂相富集于孪晶周围并成线性排列。(3)光电性能表征:霍尔效应(HALL)测试结果表明Cd0.9Mn0.1Te:V晶体为P型导电类型;电流-电压(I-V)测试结果表明晶锭的头部、中部、尾部的电阻率(单位:Ω·cm)依次为1.446x1010、4.123x1010、2.012x1010,这说明V的掺杂有效地提高了晶体的电阻率,并且中部的结晶质量最好;分别对晶锭头部、中部、尾部进行了红外透测试,结果表明晶锭的红外透过率高达63%,几乎接近理论值。最后对晶体进行了光致发光(PL)光谱测试。分析结果表明(D0,X)为施主束缚激子峰,激子束缚能为12.11meV,从尖锐的峰形和半峰宽可知晶锭中缺陷含量较低,证明V的掺杂对提高晶体的质量起到了积极的作用。
[硕士论文] 余波
材料学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:KDP晶体是一种性能优良的非线性光学晶体。当前,KDP晶体已经实现了工业化生产,由大尺寸KDP加工出来的倍频镜头也已经成功的应用于惯性受约核聚变系统。但是,我们对KDP晶体生长的微观机理仍然知之甚少;大尺寸KDP晶体快速生长仍然存在失效率高,晶体质量差等问,促进了对生长机理的研究。针对以上问题,我们对KDP晶体的生长过程中的各种现象进行了表征,并重点研究了KDP晶体中位错的结构以及KDP晶体的位错生长机制。各个实验内容及结论介绍如下:
  1,通过蚀刻和光学方法测量位错方向。通过化学腐蚀,可以在晶面位错终止处得到倒三角锥形蚀坑,锥头处即位错端头。切割一定厚度的晶片,通过在上下表面寻找呈现出相同形态分布的蚀坑,可以断定这些蚀坑由同一组位错形成,进而根据几何关系计算出位错方向。实验中,我们获得了7组可靠的数值,并预测晶体中存在伯氏矢量为[103],[102],[101]的位错。
  2,台阶聚并现象的表征。(101)晶面对负离子吸附作用显著,通过偏磷酸盐掺杂,在偏磷酸盐钉扎处观察到了台阶聚并现象,台阶的聚并度提高到了原来的2倍以上。
  3,二维形核现象的表征。在大过冷度的晶体中,发现了二维形核现象。经测量二维核的高度为0.5 nm,与(101)晶面原子层间距一致。二维核没有特定的宏观外形。
  4,螺位错生长机制的研究。在传统法和快速法生长KDP晶体的过程中,位错生长机制起主要作用。我们表征了位错中心处形成的生长螺旋,发现其形貌成三角形螺旋线,并从(101)晶面原子排列的角度解释了这一形貌形成的原因。我们还发现了生长螺旋可以以多重螺旋的形成存在,通过建立KDP晶体中的位错模型,解释了多重螺旋形成的原因。
  在我们的实验中,我们为KDP晶体生长的微观过程提供了直观的认识,有助于我们进一步研究KDP晶体生长机理。更多的问题仍有待解决。
[博士论文] 李聪丛
光学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:科技的进步使得人们的研究对象向微纳尺度发展,从而需要用量子力学来描述相关物理过程。经典的测量技术很难满足微纳尺度下的测量要求,因而推动了人们对量子测量的研究。量子测量主要利用量子力学中的量子相干或者量子统计以及量子动力学演化过程实现相关物理量的测量。选择何种量子系统作为载体成为了人们研究的重点。金刚石中的氮-空位(Nitrogen-Vacancy,NV)色心成为了固态体系中最好的候选者之一。
  金刚石中的NV色心具有化学惰性,在宽的温度、磁场范围以及高激光激发功率下都能保持良好的性能,而且其荧光具有良好的稳定性,在室温下具有很长的自旋相干时间。NV色心的能级能够通过微波或激光进行调控。NV色心尺寸能够做到纳米量级而且具有生物无毒性,这使得其在生物测量方面具有良好的应用前景。因而NV色心成为了量子测量研究中的优秀候选者。并且在量子通讯、量子传感、量子模拟、量子计算等多个方面具有很好地应用前景。
  我们进行了一系列的实验研究来了解基于NV色心实现磁场、温度场测量的机制和效果:
  1.我们对通用的测量二阶关联函数的方法进行了修正测量。首先我们利用PMMA掩膜和离子束注入制备了NV色心样品,使得样品中含有便于寻找的系综NV色心标记以及在其附近的单个NV色心。利用搭建的共聚焦扫描光路来实现单个NV色心的寻址和探测。为了测量NV色心的单光子性能,我们测量了其二阶关联函数。通用的测量二阶关联函数的方法虽然简单方便,但是由于原理性的原因导致其测量的结果与理论上的二阶关联函数存在一定误差,这会影响我们对NV色心动力学演化过程的测量。为此我们提出了修正公式对通用测量方法的结果进行一定的修正,从而获得更精确的二阶关联函数。
  2.研究了磁场对于单个NV色心的影响,从而可以利用单个NV色心实现磁场测量。通常利用光探测磁共振技术或者冉塞条纹技术来实现对静磁场的测量,而对于交变磁场则是利用自旋回声技术来进行测量。我们主要研究的是光探测磁共振技术测量静磁场,通过对测量方法的优化可以获得较高的灵敏度。
  3.我们提出修改后的Varshni公式来描述NV色心的能级温度依赖特性,因而可以利用NV色心实现温度场的测量。由于目前的研究有许多是基于NV色心具有的高空问分辨率以及单光子源特性,所以我们测量了单个NV色心能级劈裂的温度依赖特性。由于金刚石材料相比半导体材料有许多特殊性质,所以导致通用的Varshni经验公式不能很好的拟合NV色心的能级随温度的变化特性。我们提出的修改后的Varshni经验公式能够在0-700K的温度范围内很好的拟合实验结果。并且对NV色心的零声子线以及金刚石中的其它缺陷结构中的能级随温度的变化趋势都能通过修改后的Varshni经验公式进行很好的拟合。这为以后研究NV色心的温度测量以及其它金刚石缺陷结构提供了很好的参考价值。
  4.我们利用NV色心测量了表面等离子体激元的温度特性。我们测量了NV色心与金膜在不同的距离下的荧光寿命,发现随着距离的减小,NV色心的荧光寿命呈现指数型的减小。NV色心相互之间的耦合距离只有纳米量级,远远小于表面等离子体激元的横向传播距离。所以通过将NV色心与表面等离子体激元的耦合,可能实现远距离的NV色心之间的耦合。NV色心的荧光寿命在低温下几乎不随温度变化,当NV色心与表面等离子体激元耦合时,由于金的介电常数明显依赖于温度,所以导致NV色心感受到的局域态密度也会随温度变化。我们测量了低温下的与表面等离子体激元耦合的NV色心的荧光寿命,发现了明显的温度依赖特性。
  通过上面的实验研究,我们对NV色心的一些基本性质都有了较深的了解。并且对于利用NV色心实现磁场和温度场的测量也有了一定的认知。
[博士论文] 姜英昭
凝聚态物理 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:位错是晶体材料塑性形变的主要载体,其产生和运动是晶体塑性形变的主要机制,而位错的运动很大程度上取决于位错的芯结构。经典的 P-N模型为平面位错提供了一个连续的错配场,但是在非弹性的位错芯区域仅能给出一个近似的原子组态的描述。在连续平移对称性下,位错以固定的形状在晶体中自由运动。而在实际晶格中,连续平移对称性将被离散平移对称性替代,位错形状将随其运动而变化,并且使位错运动的应力必须达到一个临界值即Peierls应力?p。由于P-N方程在连续平移对称性下是不变的,因此位错的形状在运动过程中不变。近来,为了克服传统理论模型的缺陷,基于晶格动力学的位错晶格理论得到了发展,提出了考虑离散效应修正项的改进的 P-N方程,并在此基础上发展了全离散位错晶格理论。长期以来,关于位错的各种理论模型都不包含温度。众所周知,温度越高晶格振动越剧烈,其振动的剧烈程度对位错的芯结构、运动及其他性质有至关重要的影响。因此,研究温度依赖性位错性质是十分有意义且有必要的。
  本文基于改进的P-N模型,在理论上提出了研究有限温度下位错性质的方法,并利用该方法研究了铝的1/2<110>{111}分解的刃位错的温度依赖性位错性质。理论上,本文假设与弹性场有关的熵对一般的应变晶格与有位错的晶格是一样的,二者的唯一区别在于位错芯附近的小区域,而且这一区别可以用广义层错能的计算来考虑,并且不考虑热扭折和重构现象的出现。基于以上假设,把二维改进P-N方程应用在有限温度条件下,其中的系数,如有限温度下的平衡晶格常数、弹性常数和广义层错能等可由第一性原理计算方法得到。由于二维改进的 P-N方程是一系列复杂的非线性积分微分方程,解析求解十分困难,因此本文发展了一个新的半解析半数值法以获得其近似解。此外,在全离散位错晶格理论框架下,引入了一个均匀切应力法计算了铝1/2<110>{111}螺位错的Peierls应力。同时讨论了外加应力和有限温度对位错的能量和位错的结构如形状、位置等的影响。本文主要内容如下:
  (1)半解析半数值法求解二维改进P-N方程。本文基于内禀框架下的二维改进P-N方程,研究了FCC金属铝1/2<110>{111}分解的刃位错性质。研究结果表明,一维近似下,一阶近似的位错芯结构参数便可很好地描述位错行为,而对于更复杂的分解位错,高阶项cn(n?1,2,3),cn?(n?1,2)的贡献不可忽略。高阶项的引入极大程度地提高了方程求解的难度,使得完全解析计算变得异常困难。鉴于此,本人编写了自动化的多核并行撒点扫描程序,从而完成不同截断条件下的复杂数值计算。由于没有预制位错芯结构,该程序对于一般的位错方程求解也普遍适用。
  (2)有限温度下Al中1/2<110>{111}分解位错性质的研究。本文基于改进的P-N方程和第一性原理计算以及上述自动化程序研究了铝1/2<110>{111}刃位错性质的温度依赖性。为了建立一个考虑温度效应的二维位错方程,本文基于密度泛函理论(DFT)和准谐近似(QHA)下的密度泛函微扰理论(DFPT),利用第一性原理准静态法计算了有限温度下的晶格常数、弹性常数和广义层错能。计算表明,平衡分解宽度d eq随温度增加变窄,但是其变化范围小于0.32b,说明该位错对温度的依赖性较弱。本文计算的T=0K时deq为2.12b,与A. Hunter等人给出的DFT模拟结果2.0?0.5b以及可靠的实验结果2.8b符合较好。比例 I U?/?与deq成反比,并且deq/b与规范本征层错?I/?b呈线性关系。此外,与位错激发有关的能量随温度升高而上升,表明温度越高位错越不稳定。本文为研究有限温度位错性质提供了有效途径,为进一步揭示位错芯重构和扭折激发的热力学机制奠定基础。
  (3)全离散晶格位错理论框架下利用均匀切应力法研究铝1/2<110>{111}螺位错性质。首先,利用变分法推导出了考虑外加切应力贡献的全离散的位错能量函数。进而引入了一个均匀切应力法来分析位错能量、形状以及位错芯位置随外加切应力的变化并计算了Peierls应力。研究发现,随着外加切应力的增大位错能量降低,并且Peierls势垒明显下降直至消失,位错宽度变宽,位错芯位置沿伯格斯矢量方向平移。均匀切应力法给出的 Peierls应力?p?331Mpa,与一种和材料常数直接相关的近似方法给出的 Peierls应力?p?358Mpa,以及其他模拟不分解位错芯结构的计算结果355Mpa均表现出很好的一致性。
  (4)金属铝1/2<110>{111}螺位错性质的温度依赖性研究。本文将全离散位错方程与基于密度泛函微扰理论的第一性原理声子谱计算结果结合,对铝中1/2<110>{111}螺位错性质的温度依赖性进行了研究并采用均匀切应力法探讨了使直线位错在晶体中运动的临界切应力?r和?p随温度的变化。研究结果表明,当无外加切应力时,位错能量随温度上升而升高,相应的 Peierls势垒也随之增高,而位错的特征宽度将随温度升高而变窄;在不同温度下,当位错分别处于初始位置t?0、能谷和势垒顶端时,相应的能量随外加切应力的变化总是呈线性趋势;低温时,位错的特征宽度随切应力增大而变宽,但在高温时(T?900 K),这一变化小于0.01b,此时位错的形状在运动过程中保持不变;利用均匀切应力法计算得到的Peierls应力随温度上升而增大,在自然单位下,温度T?900 K时的?p是T?0K时的2.5倍,这一结果说明温度对位错运动的影响此时不可忽略。
[博士论文] 郭德成
凝聚态物理 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:KDP晶体的激光诱导损伤仍然是限制高功率激光系统发展的关键因素之一。晶体损伤的主要原因是激光与晶体缺陷之间的相互作用。激光与缺陷相互作用的机理还不清楚,这关系到KDP晶体在大口径高功率激光系统(如惯性约束核聚变系统)中的应用前景。激光与缺陷的相互作用引发了晶体的初始损伤,但使用亚损伤阈值通量的激光辐照晶体能提升晶体的抗激光损伤能力。深入理解晶体的初始损伤和激光预处理过程,可以为KDP晶体性能提升方案提供参考。KDP晶体内已经存在的缺陷具有尺寸小,分布不均匀的特点,因此很难被识别。同时,激光或射线辐照可以诱发缺陷演变,产生新的缺陷,这更加大了缺陷识别的难度。因此,寻找合适的缺陷表征技术,理解辐照诱导缺陷的演变规律具有重要的理论意义和实际价值。本论文主要针对国内生长的大尺寸KDP晶体,从缺陷表征和辐照诱导缺陷形成这两个角度出发,选取多种缺陷检测手段,研究了含有低浓度As杂质的KDP晶体的辐照效应,并对辐照前后晶体缺陷的变化进行了表征,研究了缺陷对晶体宏观性能的影响。主要研究内容和结论如下:
  1.研究了亚损伤阈值通量的激光辐照效应,分析了不同辐照参数对晶体缺陷的影响。研究结果表明:(1)亚损伤阈值通量的激光辐照晶体,晶体在紫外-可见波段的光吸收有轻微减少。(2)改变激光参数进行辐照,没有引起晶格常数的显著变化,也没有引起晶体拉曼振动模式的变化。(3)不同激光参数辐照样品,导致荧光峰发生偏移。(4)没有发现预处理效果和晶体杂质含量的关联。
  2.研究了伽马射线辐照效应,分析了辐照剂量对晶体的影响,选择含As杂质和不含As杂质的两类KDP晶体做比较研究。研究结果表明:(1)对于含As杂质的KDP晶体,辐照诱导了紫外区的光吸收增强,吸收峰值位于260 nm处,吸收强度随杂质含量和辐照剂量的增加而增加。继续加大辐照剂量到400 kGy后,样品出现一个300~360 nm弱而宽的光吸收带,峰值位于335 nm附近;对不含As杂质的KDP晶体,辐照诱导了紫外可见波段的光吸收增强,吸收强度随辐照剂量的增加而增加,但无新的吸收峰产生。(2)使用Materials Studio软件建立了缺陷结构模型,并计算了缺陷的光学吸收特性,发现260 nm处的光吸收是由杂质 As缺陷中心产生,其他杂质缺陷结构的计算表明了杂质Al和Mg分别引起了277 nm和300~600 nm范围的光吸收,计算结果与实验结果吻合很好。(3)采用正电子湮灭寿命谱表征了辐照对晶体空位缺陷的影响,发现随着辐照剂量的增加,空位缺陷的尺寸呈现先减小后增大的变化趋势;多普勒展宽谱的测试结果表明辐照前后缺陷的类型发生了转变。(4)介电谱的测试结果表明辐照后样品内的质子空位缺陷发生了变化,同时说明晶体内存在至少二种或二种以上的缺陷。
  3.研究了电子辐照效应,选择含As杂质和不含As杂质的两类KDP晶体做比较研究,分析不同电子注量辐照对KDP晶体表面结构和宏观性能的影响。研究结果表明:(1)电子辐照诱导了紫外-可见波段的光吸收增强,吸收强度随注入剂量的增加而增加,当注入剂量为6.2×1016 e/cm2和1.0×1017 e/cm2时,出现250 nm的吸收峰;对含As杂质的KDP晶体,电子束辐照没有产生260 nm的光吸收(2)不同注量的电子束辐照没有对晶体的晶格常数产生显著影响。(3)辐照后,晶体表面出现孔洞结构,表面的粗糙度变差。
  4.研究了热退火效应,以工程应用的晶体为参比,分析不同热退火参数对晶体性能的影响。结果表明:(1)改变退火参数使215 nm光吸收峰发生偏移。(2)退火没有改变晶体内分子基团的振动模式,也没有引起晶格常数的显著变化。(3)没有发现退火效果和杂质含量的关联。
  采用实验与模拟计算相结合的方法,成功获得低浓度As杂质对KDP晶体光学特性和损伤性能的影响,同时验证了辐照诱导的260 nm吸收峰是由杂质As缺陷产生。辐照诱发晶体内空位缺陷发生变化,但其与损伤的关系还需要进一步补充验证。
[硕士论文] 胡远超
粒子物理与原子核物理 郑州大学 2016(学位年度)
摘要:奥氏体不锈钢作为核反应堆的主要结构材料,其中核反应堆一回路管道和冷却剂泵选用的不锈钢包含304、316L等。如今不锈钢中的He行为以及微观缺陷与He行为的相互作用是核材料基础研究领域的热点。本文选取纯铁金属作参照,主要以304和316L奥氏体不锈钢作为研究对象。主要元素为Fe、Cr、Ni以及其它微量元素。本文氦原子的引入方式主要是通过离子辐照技术实现的。
  本文开展了不同能量(低能、高能)的氦辐照损伤实验研究。不同的辐照能量会导致不同的辐照效应,通过SRIM模拟软件和正电子湮没谱学技术的结果分析可以知道,低能的氦原子进入到金属材料中不会造成严重的辐照损伤(点缺陷生成);高能的氦原子会导致大量的空位型缺陷出现。并且,氦扩散深度随能量增加而加深。能量为150eV的He+辐照304不锈钢,粒子注入深度仅为几纳米;能量为5keV的He+辐照纯Fe,离子注入深度为几十纳米;50keV的He+辐照304不锈钢,粒子注入深度为几百纳米。
  采用冷轧形变结合退火的方法引入位错缺陷,研究了位错缺陷的存在对氦辐照效应的影响以及对氦原子迁移扩散演化机制的作用。利用慢正电子技术对形变样品进行测量,形变后的样品会严重影响材料表面的正电子湮没机制,使多普勒结果S参数迅速下降,并且形变量越大的下降越快。基体的S参数仍随形变量的增多而增大。利用5keV的He+对纯铁的形变样品进行辐照,发现位错的存在会促使氦原子扩散,并且氦原子在位错处大量聚集。在304和316L不锈钢的实验中,增加了形变量的对比(10%、20%),利用能量为50keV的He+进行室温辐照,剂量为1×1018/m2、1×1020/m2。形变量的大小影响位错含量的多少,位错的含量越多,吸引氦原子的能力就越强,对辐照效应和氦的行为演化影响越大。位错缺陷不仅大量的吸引氦原子使之快速迁移扩散,而且对辐照效应形成的空位缺陷也会形成吸引,空位在位错线附近聚集成团或者与不同量的氦原子形成复合体。
  为了判定氦原子在材料中的存在形态以及位错存在对氦原子行为的影响,利用热脱附谱仪对实验样品进行了氦的热脱附测量。辐照后的样品中,氦的存在位置主要为:间隙、空位、位错线、晶界等;存在的状态有:游离的氦原子、He-空位复合体、He-位错复合体、氦泡等。原有位错的存在会直接影响氦原子在各个位置和状态的含量,最直接的表现就是氦泡量的减少。而且位错密度的增大会使氦的小团簇量增多,并不会直接导致形成大的氦泡。通过脱附能的计算,可以得到:氦的表面吸附能为0.9eV左右,氦从位错和空位中的脱离能分别大约为2.3eV和3.2eV,而氦泡的分解脱附能大约为3.7eV。
[博士论文] 王俊峰
凝聚态物理 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:现代社会对计算能力和数据处理速率等方面的迅速增长的需求,激励着人类不断探索新的方法去处理和传递信息。尤其是物理学家探索“非经典的”的方法,用量子力学的方法处理信息过程,即量子信息科学。量子信息科学,主要是由量子物理与信息技术等多个学科交叉融合在一起所形成的一门新兴的科学技术领域,主要包括量子通讯,量子计算以及量子精密测量。金刚石NV色心是一个非常有代表性的固态量子信息体系,自从1997年德国科学家首先测得金刚石单NV色心的光探测磁共振信号以来,吸引了全世界科学家的广泛关注,已经在量子计算,及精密测量领域产生很多应用。
  金刚石NV色心是由金刚石中替位氮原子(N)和邻位的碳空位(V)组成的复合结构,具有优良的特性,例如光稳定性,生物兼容性,以及室温下长的相干和弛豫时间等,广泛应用于如磁场,电场,应力,压强,温度,以及自旋等物理量的精密测量。本文首先介绍了金刚石NV色心的研究背景及应用,结合我们自己搭建的实验装置研究了NV色心的基本自旋性质。同时也介绍了我们利用离子注入技术和电子束曝光技术制备的高质量NV色心阵列。之后我们利用氧化刻蚀的方法得到了一种可以精确控制NV色心深度的方法,并且研究了NV色心相干时间与深度的关系。最后我们利用注入NV色心和动力学解耦方法研究了高灵敏度的温度探测。
  本文主要包括以下几个方面:
  第一章:我们首先介绍了量子信息的基本概念及应用。之后我们介绍了金刚石NV色心在精密测量方面的应用,重点介绍了其在磁场,温度,自旋探测等方面的应用。之后介绍了本文的研究选题背景和研究内容。
  第二章:我们首先介绍了NV色心的晶格,能级结构和光谱性质。之后介绍了我们实验装置:用于NV色心扫描和定位的激光共聚焦系统和用于调控NV色心自旋态的微波和磁场系统。利用我们的实验装置研究了注入的高纯金刚石NV色心的性质:单色心的单光子性质,光探测磁共振性质,和一系列基本的微波脉冲操纵NV色心的方法:拉比振荡,自由衰减演化,自旋回波,自旋品格弛豫等。另外还介绍了延长NV色心相干时间和高灵敏度探测等方面常用的动力学解耦以及电子电子双共振等方法,为以后利用NV色心的各种实验提供了基础。
  第三章:我们介绍了纳米金刚石和块材金刚石中NV色心的制备方法。在块材金刚石中主要介绍了高纯金刚石中NV色心制备方法:提高NV-比例,提高NV色心相干时间,利用电子束曝光技术制备NV色心阵列的方法。之后又介绍了我们利用电子束曝光技术和离子注入技术制备出了长相干时间的NV色心阵列,浅层NV色心阵列,以及有耦合双NV色心对。为利用注入金刚石实现基于NV色心的量子信息和高灵敏度度量学等方面提供了基础。
  第四章:我们通过在580℃空气中精确的氧化刻蚀金刚石表面,研究了NV色心相干时间与氧化刻蚀控制的NV色心深度的关系。通过连续的纳米尺度刻蚀,NV色心可以逐渐靠近金刚石表面,使得我们可以准总NV色心剩余的数目和其相干时间与其深度的变化。结果显示对于自然丰度13C金刚石NV色心的相干时间在深度下降到大约22±4 nm时,其下降开始变快,揭示了一个快速涨落的表面自旋影响的临界深度,为研究表面自旋性质起到积极作用。另外,通过利用这个缓慢刻蚀方法和低能N离子注入,可以制备出比初始注入深度更浅的NV色心,从而为更高灵敏度纳米尺度体外自旋探测起到了积极作用。
  第五章:我们利用金刚石中注入NV色心和动力学解耦方法研究了其在静磁场中的温度探测。我们证明了对于高阶动力学解耦脉冲方法,其相干时间可以达到108μs,大约是Thermal Ramsey方法相干时间(7.7μs)的14倍,对应温度灵敏度为10.1 mK/Hz1/2。另外,我们结合注入NV色心阵列和动力学解耦测量了金刚石表面三种不同情形下的温度分布,其灵敏度达到24 mK/Hz1/2。这为利用高纯金刚石中注入的NV色心实现对于生物,化学,材料科学和微电子系统的高灵敏度和纳米尺度空间分辨率的温度探测起到了积极作用。
  第六章:对本文主要工作做了总结并对今后的研究工作做了展望。
[博士论文] 郑松林
材料力学与设计 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:很多纳米晶体材料的强化效应归于界面对位错的阻碍作用,深入理解界面强化机制对材料的优化设计有着重要意义。位错与界面的相互作用受诸多跨尺度因素的影响,研究这些因素的作用需要多尺度的数值模拟方法。本文旨在发展位错的相场微弹性模型,在连续尺度上研究位错与共格滑移界面、位错与晶界位错网络的相互作用。
  首先讨论了位错与滑移界面的相互作用。较弱界面在位错剪切下发生较大的滑移,而此界面滑移会吸引位错使其陷入界面,从而对位错穿越界面产生较大的障碍。高应力或者低界面位错速率都会导致界面滑移区域减小,从而降低界面障碍强度,此结果表明滑移界面对位错的阻碍作用与速率相关。
  利用相场模型结合简单标度分析,研究了层错能和界面强度对于扩展位错穿越滑移界面的影响。发现存在只有头不全位错穿越的不全穿越模态,此时头不全位错后面有长层错生成,有利于发生孪晶变形。结果中给出了位错从不全穿越到全穿越模态的相图。
  改进了现有位错相场模型中描述位错核反应的晶体能表达式,使其基于所有位错的总Burgers矢量。并利用改进前后的模型来描述相交滑移面上共线位错结的能量、结构、解开力以及解开机制,发现只有改进后的模型才能准确描述相交面上的位错核结构反应。
  利用改进的相场模型研究了品格螺位错穿越小角度扭转晶界中位错网络的过程。小角度扭转晶界包含两种典型的位错网络:高层错能中全位错组成的六边形网络和低层错能中不全位错与层错组成的三角形网络。穿越位置会影响六边形网络的穿越障碍,此阻碍作用主要源于晶格位错与穿越位置附近的共线晶界位错段发生共线反应,而并非之前结论中是由于不同类型位错结的形成。三角形网络的穿越障碍对穿越位置不敏感,因为层错的存在使晶界上位错的分布非常均匀。另外,在三角形网络的有些位置会发生只有头不全位错穿越的不全穿越模态。
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