超导HEB混频器的设计与制备

展示了一种基于超导NbN薄膜材料的HEB混频器的设计与制备工艺, 详细介绍了高阻硅衬底上的超薄NbN薄膜的生长技术、HEB器件的结构、超导微桥区和平面等角螺旋天线的阻抗匹配等内容. 测量研究了超导NbN HEB的电阻-温度(R-T?)曲线、不同温度下的电流-电压(I-V?)曲线以及HEB对太赫兹(THz)信号的响应特性. 用Y因子方法测量了HEB器件的噪声温度, 在2.5 THz的太赫兹波辐照下, 其最低噪声温度为2213 K.     

基于铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻现象

比较了运用电子束光刻技术和真空薄膜沉积技术制备的宽度和厚度分别为20~250nm和10nm的系列铁磁金属薄膜纳米点连接在不同温度下的磁电阻现象和I-V特性,得出了铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻和电阻与它的中间部位纳米局部区域的宽度之间没有必然关系,说明铁磁金属薄膜纳米点连接的中间部位纳米局部区域的电阻与它两端的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比不起绝对决定作用,也就是说,我们所测得的铁磁金属薄膜纳米点连接的电阻主要来自于它的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极.比较了铁磁金属薄膜纳米点连接和在同样真空薄膜沉积条件下制备的同样厚度的0.2cm×0.8cm的铁磁金属薄膜的磁电阻之间的关系,发现与薄膜相比,纳米点连接样品的磁电阻比例普遍得到较大的提高,也就是说我们所测量的铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻主要来自于纳米点连接样品的中间部位纳米局部区域.可以得出在铁磁金属薄膜纳米点连接中,由于具有很高磁电阻比例的中间部位纳米局部区域的电阻与具有很低磁电阻比例的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比很小,所以整个铁磁金属薄膜纳米点连接的电子输运行为由样品的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电子输运行为决定,表现为它所呈现的是线性的...     

NiO_x多晶薄膜的变温电阻开关特性与隧穿机制

利用射频磁控溅射方法沉积制备了Ag/NiO_x/Pt存储单元,研究了其微结构、电阻开关特性随测试温度的变化.微结构观测分析发现,沉积制备薄膜为富氧的NiO_x多晶薄膜.Ag/NiO_x/Pt存储单元的电流-电压测试曲线呈现阈值型电阻开关特性:分别在2.1~2.4 V的正偏压范围和-2~-2.2 V的负偏压范围内观测到了高低电阻态之间的稳定可逆跳变.随着测试温度的升高,负偏压范围的电阻开关现象在140℃基本消失,而正偏压范围内的电阻开关现象可维持到270℃.运用指数定律拟合室温电流-电压曲线结果表明,薄膜隧穿电流属于缺陷主导的空间限制电流;运用Arrhenius作图法拟合的电流-温度曲线满足线性关系,表明薄膜隧穿电流随测试温度的变化符合肖特基热激发隧穿机制.在周期性电场作用下,从银电极扩散进入薄膜内的Ag离子的氧化还原反应导致存储单元呈现阈值型电阻开关特性.     

脉冲激光沉积大面积高温超导氧化物薄膜

高温超导体在各领域的应用越来越受到人们的重视,特别是在微电子学、微波器件和磁测量等方面比如延迟线、滤波器、超导天线、超导量子干涉仪(SQUID)已进入实用化阶段.制作这些器件不仅要求超导体为大面积的薄膜,而且要求膜的厚度以及超导特性(零电阻温度,临界电流密度,表面电阻等)具有很好的均匀性.虽然目前制备高T_c氧化物薄膜的方法很多,脉冲激光沉积(pulsed laser deposition)、磁控溅射(magnetron-spuffering),金属有机化学气     

粉末装管法高临界电流密度MgB2/Ta/Cu线材

利用粉末装管法制备出致密的MgB2/Ta/Cu线材,通过超导量子干涉器件(SQUID)磁强计测量了样品的磁化曲线.结果表明,MgB2线材的转变温度为38.4 K,转变宽度很窄,仅为0.6 K,MgB2/Ta/Cu线具有很强的磁通钉扎能力,在5 K下的不可逆场达到6.6T,临界电流密度高于105 A@cm-3(5 K,自场)和104A@cm-2(20K,1 T).     

YBa2Cu3O7-δ微桥中的准粒子注入

对YBa2Cu3O7-δ(YBCO)微桥中准粒子注入进行了讨论, 利用几种注入模型, 演示了准粒子注入效应、电流叠加效应和热效应, 得到了准粒子注入下的电流增益及其与温度的关系, 对YBCO的超导微桥的临界电流实现了压缩, 并提出了一种新的注入模型.     

基于本征约瑟夫森效应的新型高温超导材料电感器

基于本征约瑟夫森效应, 提出并制作了一种新型的高温超导材料电感器. 这种电感器的实质是数目极大的约瑟夫森结的串联阵列. 在斜切20°的LaAlO₃衬底上生长出c轴倾斜的Tl₂Ba₂CaCu₂O₈高温超导薄膜, 通过光刻和Ar离子刻蚀, 在约200 μm´220 μm的尺寸内制出长3.4 mm、宽4 μm的长阵列, 相当于约7.7´10⁵个本征约瑟夫森结串联在一起. 测试结果表明当器件通过一定频率的正弦交变电流时,其两端电压与通过电流的相位差为90°, 确实表现为一个电感, 电感量约为83 nH, 与理论结果一致. 当输入交变电流幅度恒定时, 器件两端的电压与频率成正比, 进一步说明其可作为电感器应用. 结果还发现这种新型电感器不依赖于传统的电磁感应原理, 具有直流电阻为零、尺寸小和可调谐等优点, 在电子电路, 尤其在超导电子电路方面有着广泛的应用价值.     

YBa2Cu3O7-δ 微桥中的准粒子注入

对₂Cu₃O_7-δ(YBCO)微桥中准粒子注入进行了讨论, 利用几种注入模型, 演示了准粒子注入效应、电流叠加效应和热效应, 得到了准粒子注入下的电流增益及其与温度的关系, 对YBCO的超导微桥的临界电流实现了压缩, 并提出了一种新的注入模型.     

高能量密度脉冲等离子体制备的氮化钛刀具涂层的微观结构与力学性能

室温下用高能量密度脉冲等离子体在硬质合金刀具上成功淀积了硬度高、耐磨损、膜基结合良好的氮化钛涂层. 俄歇分析表明, 薄膜与基体间界面大于250 nm; 涂层与基体的结合良好, 纳米划痕实验临界载荷达90 mN以上. 纳米压痕实验表明, 氮化钛涂层具有很高的硬度和杨氏模量, 分别达27 GPa 和450 GPa以上. 涂层刀具切削实验表明, 刀具可用于HRC 高达58~62的CrWMn钢切削, 且磨损量较低, 寿命长. 微观结构分析表明, 高能量密度等离子的注入效应、晶粒细化效应等对薄膜硬度、杨氏模量、膜基结合力和抗磨损性能等物理性能的改善起主导作用.     

银夹板对Bi(2223)厚膜载流特性的影响

对Bi系高温超导体,使用银包套的方法已取得了良好的效果,这种银包套带材样品在4.2K下能在很高的外加磁场(>25T)超导地通过10~5A/cm~2电流,因而银将可能作为这类超导体应用的稳定基材.但在 Bi(2223)银包套带材的性能测量中,电流引线和电压引线是直接焊在银包套上的,由于银的电导率约为Bi(2223)相a-b面正常态电导率的10~(-3),因此银基体构成电流通路,对测量结果有一定的影响.然而研究银包套对样品性能的影响文章报道很少.为了比较准确地反映银包套对样品传输电流特性测量的影响,我们分别测量了银夹板厚膜以及由其制成的裸膜样品在零场下的R-T曲线、J_c-T曲线和磁场平行和垂直于c-轴情况下的J_c-H曲线.     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

“人造太阳”中的“冰”——EAST低温系统

在"人造太阳"EAST装置的内部,除了存在几千万度的高温等离子体外,还存在由低温系统提供的4.5 K(-268.65℃)低温超临界氦,将超导磁体冷却至临界温度以下,使其工作保持在超导态。EAST低温系统是目前中国最大的氦低温系统,其当量制冷量超过2 k W/4.5 K。首先介绍了EAST低温系统的工作原理与系统组成,然后描述了压缩机站、制冷机、分配系统和低温测量控制系统,最后简单阐述了EAST低温系统的运行情况。     

聚焦电子束诱导碳沉积实现纳米线表面可控修饰

作为一种典型的准一维纳米材料,纳米线具有纳米材料所特有的小尺寸效应或纳米曲率效应,经表面修饰的纳米线一般具有不同于普通纳米线的特殊性质.利用实验室发展成熟的透射电子显微镜原位辐照技术,以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,成功地在纳米线表面可控沉积了非晶碳纳米颗粒和碳纳米棒,以及局域凸起的非晶碳膜并形成局域肿大的同轴结构.实验结果表明,该方法能够方便地通过控制聚焦电子束的束斑尺寸、辐照方式、辐照时间以及辐照位置等参数,在纳米线表面精确可控地沉积各种非晶碳纳米结构,从而实现纳米线的表面可控修饰.对聚焦电子束辐照下基于纳米线的各种碳纳米结构的可能沉积机理作了进一步地探索,并针对透射电子显微镜中如何减少因电子束辐照诱导非晶碳沉积造成的样品污染提出了几点建议.     

高温超导本征结加工中的氩离子铣技术

最近, 用高温超导单晶Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+x 制备本征结器件从而实现太赫兹辐射源的研究有较大突破, 而本征结器件的样品制作仍需细致而深入的研究. 为此我们首先借助于单晶硅, 制作了矩形的高台(mesa)结构, 观测了在不同离子加速电压和不同离子束入射角度下, 氩离子铣的刻蚀速度和刻蚀形成台阶侧壁的形貌, 给出了一种刻蚀速率高、台阶侧壁陡峭、对样品损伤小的刻蚀方案, 用此方法加工出的高温超导本征结器件在一定条件下可以得到太赫兹辐射信号.     

a-SiN:H薄膜的对靶溅射沉积及微结构特性研究

采用对靶磁控反应溅射技术以N₂和H₂为反应气体在硅(100)和石英衬底上制备了氢化非晶氮化硅(a-SiN:H)薄膜. 利用台阶仪、原子力显微镜、紫外-可见(UV-VIS)光吸收和傅里叶红外透射光谱(FTIR)对薄膜沉积速率、微观结构及键合特性进行了分析. 结果表明, 利用等离子反应溅射可在较低衬底温度条件下(T_s<250℃)实现低表面粗糙度和高光学透过率的a-SiN:H薄膜制备. 增加衬底温度可使薄膜厚度减小, 薄膜光学带隙Eg提高, 薄膜无序度减小. FTIR分析结果表明, 薄膜主要以Si-N, Si-H和N-H键合结构存在, 随衬底温度增加, 薄膜中的键合氢含量减小, 而整体键密度和Si-N键密度增加. 该微观结构和光学特性的调整可归因衬底温度升高所引起的衬底表面原子迁移率和反应速率的增加.     

温度对氟氧化物玻璃陶瓷中Tm3+荧光强度的影响

采用不同波长的红色脉冲光, 激发镶嵌有LaF₃:Tm³⁺纳米晶体颗粒的透明氟氧化物玻璃陶瓷样品, 测量了不同环境温度下样品的荧光发射谱, 记录了荧光发射强度随环境温度的变化规律.实验结果显示, 在643.2 nm 脉冲光激发下, 上转换454 nm 在100~200 K 的温度范围内有很强的荧光发射, 并且荧光强度随着环境温度的降低先增强而后减弱; 当采用656.0 和638.0 nm 脉冲光激发样品时, 上转换荧光发射强度随环境温度的降低而逐渐增强, 其中643.2 和638.0 nm 脉冲光激发下的上转换效率高于656.0 nm 激发时的结果, 表明波长接近于激发态吸收的激发光泵浦样品时, 更容易实现Tm³⁺的频率上转换. 最后, 从基质声子分布特点等方面对实验结果给出了合理的解释.     

锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展

富锂锰基固溶体xLi[Li1/3Mn2/3]O2.(1–x)LiMO2具有超过目前所用正极材料1倍的高比容量,是很有潜力的下一代锂离子电池用正极材料,但是其他电化学性能,特别是功率特性尚不能满足应用要求.从机理研究、合成工艺和性能改进3方面综述了富锂锰基固溶体型锂离子电池正极材料xLi[Li1/3Mn2/3]O2.(1–x)LiMO2的研究现状,提出了下一步的研究思路和方向.     

Progress of Glaciology and Geocryology Incubation Program of the National Natural Science Foundation of China

The 10th 5-year Plan for National Natural Science Foundation of China(NSFC) for fostering competent research teams and highly qualified scholars in fundamental research in glaciology and geocryology was based on the strategy of incubating "competitive, pr     

用分子束外延技术按样定制半导体微观结构

在按样定制的半导体微观结构中，通过把异质结精确地植入晶体内即可定域地确定所期望的势能差。分子束外延技术用于以一个原子接一个原子的构建晶体薄膜，从而可以在微观惊工内精确地“裁剪”人工层状晶体。在ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ超晶格中各组分的周期性调制产生了新颖的电子性质，它开辟了崭新的技术用途。     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。