ZnO(000)表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES)并结合全势缀加平面波(full potential linearized augmented plane waves,FPLAPW)理论计算方法研究了ZnO(000)表面的价带电子结构及能带色散.通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ΓA方向的能带结构并确定了两个表面态,实验结果与理论计算结果较为一致.利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿ΓKM方向的二维能带色散.     

ZnO(000(-1))表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱（angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES）并结合全势缀加平面波（full potential linearized augmented plane waves, FPLAPW）理论计算方法研究了ZnO（0001^-）表面的价带电子结构及能带色散．通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ГA方向的能带结构并确定了两个表面态，实验结果与理论计算结果较为一致．利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿Г^- KM^-方向的二维能带色散．     

拓扑绝缘体能带结构的角分辨光电子能谱研究

以拓扑不变量定义和区分的拓扑材料的发现标志着凝聚态物理学和材料科学的又一次革命.这些材料的拓扑表面态的鲁棒性、背散射禁戒和特殊的输运行为在自旋电子学、非线性光学、拓扑量子计算等广泛的领域有潜在的应用价值.角分辨光电子能谱(ARPES)既能直接观察k空间,又对表面电子态敏感,因此在拓扑材料的研究中一直处于举足轻重的地位.本文试从材料分类的角度对三维拓扑绝缘体和本征磁性拓扑绝缘体这两类材料的部分ARPES研究作一综述,使读者对这一领域的研究现状有一个基本的概念.     

拓扑半金属的角分辨光电子能谱研究

拓扑半金属是一类新奇的量子材料,它存在受拓扑保护的无能隙体态能带交叉和特征表面态.根据能带交叉的维度和简并度,拓扑半金属可以简单分为:零维的四重简并狄拉克半金属、二重简并外尔半金属、三重/六重/八重简并点半金属,和高维度的节线/节面半金属.近十年来,基于角分辨光电子能谱(ARPES)实验技术,人们可以直接测量拓扑半金属中的体态能带简并和特征表面态,清楚地揭示材料的拓扑本质.本文系统性回顾了使用ARPES研究各种类拓扑半金属的成果与进展,有助于理解其物理性质、拓扑起源以及探索更多新奇拓扑半金属.     

二维材料的角分辨光电子能谱研究

材料的电子结构是决定其电、磁、光等性质的关键因素,而能够直接观测材料电子结构的角分辨光电子能谱(Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES)技术是研究材料的基本物理和化学性质的先进技术手段之一.近年来,各种具有优异性能的二维材料被人们不断发掘出来,并有望成为未来光电、电子和自旋器件的基础材料.本文将对ARPES的构成和原理做简要的介绍,并总结了当前利用ARPES技术研究二维材料电子结构及其基本物性的前沿进展.本文所关注的二维材料体系主要包含以下四个部分:石墨烯、氮化硼、单元素二维材料、过渡金属硫族化合物.其中对石墨烯的ARPES研究成果最为丰富,对它的研究直接引领了对其他二维材料的ARPES研究.当前,对基于不同二维材料相互堆叠形成的异质结构的研究正方兴未艾,我们在文中也提及一部分关于二维堆垛异质结构的ARPES研究.     

角分辨光电子能谱中的样品原位调控

角分辨光电子能谱技术是研究量子材料的一项关键实验技术.近年来,原位样品调控技术的发展,特别是压力、掺杂、电场等非温度调控参量的原位调控的实现,极大地拓展了角分辨光电子能谱的测量空间,为观察外场调控下电子态的连续演化提供了可能.本文分别对原位碱金属掺杂、门电压、单轴压、电流等几种原位样品调控技术近期的发展进行了介绍,并总结了角分辨光电子能谱和原位样品调控技术的结合在多种量子材料中的应用.     

铁基高温超导材料的角分辨光电子能谱研究

高温超导电性是近代凝聚物理关注的核心问题.高温超导的研究一方面具有重大的应用前景,另一方面推动了多体关联凝聚态物理理论和计算的发展.铁基高温超导材料是除铜氧化物高温超导外的第二类常压条件下的高温超导材料.在对铁基高温超导的研究过程中,研究者利用角分辨光电子能谱技术对铁基高温超导材料的电子结构、对称破缺相、超导能隙等进行了详细的研究,为揭示铁基高温超导配对机制提供了重要的实验依据.近些年,角分辨光电子能谱实验更是在一些铁基高温超导材料中发现了拓扑超导存在的证据.本文将对铁基高温超导材料的角分辨光电子能谱相关工作进行总结.     

Fe-ZnO(000)体系的界面化学作用及表面形貌

采用同步辐射光电子能谱、原子力显微镜及场发射扫描电镜等技术研究了3 nm Fe薄膜在极性ZnO(000(-1))表面的沉积和退火过程中的界面化学过程.结果表明:在低覆盖度下,Fe价层电子与极性ZnO表面间存在较强电子迁移作用;当覆盖度超过1个原子层后,Fe与ZnO的反应在热力学上被禁阻;室温下Fe在表面形成直径约为20 nm的岛状结构,通过对样品退火处理,发现Fe-ZnO在600℃时开始发生强烈作用,形成Fe的氧化态峰,并于800℃完全转换为Fe2 ,随着退火温度的继续提高,Fe有继续向Fe3 转变的趋势,并在ZnO表面形成直径120 nm左右的氧化物岛结构.     

铜氧化物高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

与单质金属或者合金为代表的常规超导体不同,以铜氧化合物高温超导体为代表的非常规超导体的超导机理超出了BCS理论的解释范畴,已经成为凝聚态物理领域的重大科学问题.角分辨光电子能谱技术以其独特的电子能量/动量分辨的优势,在铜氧化物高温超导体的能带结构、能隙行为、多体相互作用等相关物理和超导机理的研究方面发挥着重要作用.角分辨光电子能谱实验技术的提高和数据分析方法的发展,不仅丰富了铜氧化物超导体的电子相图,并且不断加深了人们对其内在物理本质的认知.本文总结了近年来角分辨光电子能谱技术的最新进展,并集中讨论了其在铜氧化物高温超导体研究中对能带结构演化、超导能隙行为和电子-声子相互作用等方面取得的最新研究进展,最后介绍了使用Eliashberg函数数值分析研究高温超导体超导机理的方法.     

Fe-ZnO(000(-1))体系的界面化学作用及表面形貌

采用同步辐射光电子能谱、原子力显微镜及场发射扫描电镜等技术研究了3nm Fe薄膜在极性ZnO（0001^-）表面的沉积和退火过程中的界面化学过程．结果表明：在低覆盖度下，Fe价层电子与极性ZnO表面间存在较强电子迁移作用；当覆盖度超过1个原子层后，Fe与ZnO的反应在热力学上被禁阻；室温下Fe在表面形成直径约为20nm的岛状结构，通过对样品退火处理，发现Fe-ZnO在600℃时开始发生强烈作用，形成Fe的氧化态峰，并于800℃完全转换为Fe^2＋，随着退火温度的继续提高，Fe有继续向Fe^3＋转变的趋势，并在ZnO表面形成直径120nm左右的氧化物岛结构．     

Fe-ZnO(000)体系的界面化学作用及表面形貌

采用同步辐射光电子能谱、原子力显微镜及场发射扫描电镜等技术研究了3 nm Fe薄膜在极性ZnO(000)表面的沉积和退火过程中的界面化学过程.结果表明:在低覆盖度下,Fe价层电子与极性ZnO表面间存在较强电子迁移作用;当覆盖度超过1个原子层后,Fe与ZnO的反应在热力学上被禁阻;室温下Fe在表面形成直径约为20 nm的岛状结构,通过对样品退火处理,发现Fe-ZnO在600℃时开始发生强烈作用,形成Fe的氧化态峰,并于800℃完全转换为Fe2 ,随着退火温度的继续提高,Fe有继续向Fe3 转变的趋势,并在ZnO表面形成直径120 nm左右的氧化物岛结构.     

镍镀层材料表面硬脂酸配合物膜的电化学和光电子能谱研究

通过加速化学和电化学腐蚀实验(LSV)比较了长链脂肪酸和杂环化合物等一系列有机缓蚀剂在镍镀层材料表面形成的配合物膜的耐蚀性,结果表明,硬脂酸在镍镀层材料表面形成的膜耐蚀效果最佳.用光电子能谱(XPS和AES)研究了配合物膜层的结构和性能,以及在金属表面的成键特征和波谱变化,探讨了配合物膜的组成、化学状态和缓蚀机理.硬脂酸分子中COO-中的氧原子与镍镀层表面发生界面反应形成硬脂酸配合物膜,膜由镍的氧化物和镍的硬脂酸配合物组成,其中Ni和O分别呈 2、 3和-2价,配合物膜的结构可表示为Ni-硬脂酸/NimOn/Ni,各元素的相对原子百分浓度(A.C.%)分别为Ni65.6%、C23.5%、O10.7%,该膜层厚度约为12.5nm.     

Fe1-xCox合金电子结构和磁性的理论研究

Fe1-xCox合金的磁性强烈依赖于合金的结构以及合金中Fe、Co的含量．该文从第一性原理出发,应用线性缀加平面波(LAPW)的方法,计算了Co含量分别在x=0．00,0．25,0．50,0．75,1．00时合金的电子结构和磁性．随着x值的增大,合金中原子总的平均磁矩和Fe原子的平均磁矩都呈现出先增加后减小的趋势,而Co原子磁矩在不同成分下基本保持不变．计算结果和试验结果较好地解释了Fe1-xCox合金的磁学性质．     

Ca(100)表面芯态本征能位移的理论研究

用基于局域密度泛函近似的全电子线性缀加平面波（LAPW）薄膜方法计算了由7层面心立方Ca(100)原子面构成的系统的电子结构,给出了各类原子的Muffin-Tin(MT)球内不同轨道的价电子数、层投影价带态密度及3d、4s和4p带的重心位置。计算结果表明,表面原子的芯态本征能要比中心层原子的低0.56eV左右,可认为是表面层类s、类p电子外泄和表面原子3d带因配位数减少而窄化的共同结果。     

Cu吸附ZnO(10(1)0)非极性表面的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算并分析了Cu在ZnO(10(1)0)表面的吸附.通过分析比较不同吸附位的吸附能,最稳定位的差分电荷密度和态密度,发现:1)Ot位的吸附最稳定,ZnBri位置处是亚稳态吸附;亚稳态的ZnBri位吸附极易受到微扰发生键断裂,使得该处吸附的Cu移到Ot或OBri位.与Olga Dulub的STM实验发现吻合很好.2)差分电荷密度图显示出Cu-O方向有明显的电荷转移,这是Cu与ZnO(10(1)0)面有较强作用的主要原因.3)Cu原子的Ot位吸附改变了ZnO(10(1)0)面的成键平衡,使得呈电中性的ZnO( 10(1)0)面出现活跃的金属态,这应该就是Cu/ZnO吸附体系具有很强催化活性的根本原因.     

氧离子束辅助PLD法生长ZnO/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对ZnO/Si异质结构同一典型样品的不同部位进行了分析。讨论了同时刻(厚度)样品的生长情况及所说明的问题。提出要使样品生长得更理想,应做到使DIBD系统连续工作。     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si纯ZnO相的研究

通过X射线光电子能谱(XPS)深度剖析方法对ZnO／Si异质结构进行了分析。结果表明：用该法可生长出正化学比的纯ZnO相,脉冲激光淀积(PLD)法生长ZnO／Si样品时氧离子束辅助(O^ -assisted)是必要的。     

反常弛豫的CuCI(110)表面电子态研究

采用考虑d电子相互作用的spd紧束缚模型描述具有闪矿结构的半导体CuCl的体能带,用形势散射理论方法计算了弛豫的CuCl(110)表面电子结构,给出了表面投影能带结构和表面波矢分辨的层态密度．计算结果表明表面弛豫主要是表面层p-p和p-d的重新杂化而引起的．     

4-(1,1,3,3-四甲基)-丁基-2-羟基苯甲酸表面改性纳米TiO_2的研究

4-(1,1,3,3-四甲基)-丁基-2-羟基苯甲酸(C8SA)对纳米TiO2微粒进行了表面改性.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和热分析仪(TG-DTA)等技术手段对TiO2/C8SA进行了分析表征,结果证明C8SA成功修饰在纳米TiO2表面.采用四球摩擦磨损试验机考察了TiO2/C8SA作为润滑油添加剂在液体石蜡中的减摩抗磨行为,TiO2/C8SA纳米微粒对钢-钢摩擦副表现出较好的减摩抗磨作用.     

理论研究不对称团簇(HFBN3)n (n=1-6)的结构和稳定性

采用密度泛函理论方法研究不对称团簇(HFBN3)n (n=1-6)的结构和性质。对于n≥2的团簇,B–Nα键易形成,而B–B和Nα–Nα键不存在。讨论了几何参数随团簇尺寸n的变化规律。通过分析团簇平均结合能和二阶差分值,探讨其相对稳定性,发现团簇(HFBN3)3比其它团簇更稳定。计算IR谱有四个特征区。研究了团簇的热力学性质随温度T以及团簇尺寸n的变化趋势。室温下,由焓变可知单体1形成多聚体（2、3、4、5、6）在热力学上有利。