InGaAs晶体固-液相变过程中的拓扑结构的演变机制

采用分子动力学模拟InGaAs晶体固-液相变过程,并运用径向分布函数、键角分布函数、配位数统计及可视化等方法,从微观结构的不同层面分析了固-液相变过程的结构演变.结果表明:对于InGaAs体系,固-液相变过程中的微观结构发生了很大的变化,在一级相变时,其原子平均能量和比体积、径向分布函数、键角分布函数、配位数和原子截面图、局部原子分布以及钻石结构分析都显示出很明显的变化.熔化过程中InGaAs晶体原子间共价键发生断裂,体系从四配位结构变成三配位结构,通过占主导作用的三配位结构,结合少量的四配位结构,形成三配位结构之间的互连接和三配位结构穿插四配位结构的连接形成的拓扑无序的液态结构.     

熔态金属镓无序体系的结构研究

长期以来,由于实验测试和数据分析上的困难,对液态物质的性质和结构研究未能象研究晶态和非晶态固体物质那样有相应的发展。已发表的有关液态物质性质和结构的研究工作较少,至今对固—液相变的微观机理及液态金属和化合物的结构等许多问题仍不很清楚。液态是物质在自然界存在的主要形式之一,随着科学技术发展的需要,人们更为迫切地要求了解物质在液态时的结构和性质。研究液态物理中的问题愈来愈受到国内外的重视。液态物质的结构研究则是液态物理的一个关键问题。液态物质往往有很大的无序度,通常的结构测试手段难于得到有用的结构信息。由于X-ray absorption fine structure(XAFS)技术本身的特点,XAFS是研究无序体系结构很有效的方法,但目前研究液态物质取得的成果很少,主要有两方面的原因,一是要保持微米量级厚度的液态样品不漏光和不塌落较为困难;二是无序体系的XAFS数据分析需要选用适当的原子配位分布函数模型。本文用蒸发镀膜技术制备Ga样品,XAFS研究金属Ga从液氮温度一直到熔化为液态之后的结构变化。     

第一性原理分子动力学计算核幔边界条件下Ni的结构和动力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学计算了在地幔与外地核(核幔)边界条件下Ni的结构和动力学, 发现在核幔条件(4000 K, 139 GPa)下, Ni是一种液态结构. 常压下液态Ni的原子排列主要是二十面体序, 在压强的作用下, 二十面体序有一个增加的过程, 当压强大于68 GPa后, 二十面体序的增强过程发生逆转, 大量的完整二十面体结构受到破坏, 缺陷二十面体急剧增加. 核幔边界条件下的液态Ni形成了一种由完整二十面体、缺陷二十面体、面心以及密排六方等其他原子排列方式并存的复杂结构. 我们计算了液态Ni的扩散系数, 其数量级大约为10^-9 m²/s, 与相应条件下Fe的扩散系数的数量级相同. 由于核幔边界条件下的高压作用, 液态Ni原子比常压和低压下的Ni原子扩散得更慢, 且在弛豫过程中出现了β弛豫.     

液态银的比热和玻璃态转变温度的分子动力学模拟

采用以嵌入原子模型为基础的分子动力学方法对液态银的比热进行了模拟,得到了熔点以上液态以及过冷液态银的比热及其与温度的关系。模拟发现液态银的比热在950K左右存在一个峰值,相应地,对液态银结构的分子动力学模拟发现银的结构在该温度附近发生了转变,从而证实银存在玻璃态并据此确定出金属银的玻璃态转变温度。     

第一性原理分子动力学计算核幔边界条件下Ni的结构和动力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学计算了在地幔与外地核(核幔)边界条件下Ni的结构和动力学,发现在核幔条件(4000K,139GPa)下,Ni是一种液态结构.常压下液态Ni的原子排列主要是二十面体序,在压强的作用下,二十面体序有一个增加的过程,当压强大于68GPa后,二十面体序的增强过程发生逆转,大量的完整二十面体结构受到破坏,缺陷二十面体急剧增加.核幔边界条件下的液态Ni形成了一种由完整二十面体、缺陷二十面体、面心以及密排六方等其他原子排列方式并存的复杂结构.我们计算了液态Ni的扩散系数,其数量级大约为109m2/s,与相应条件下Fe的扩散系数的数量级相同.由于核幔边界条件下的高压作用,液态Ni原子比常压和低压下的Ni原子扩散得更慢,且在弛豫过程中出现了β弛豫.     

离子声波漂移不稳定性的实验研究

当电子温度T_e远高于离子温度T_i,使电子相对于离子漂移速度V_d超过临界值V_(dc)时,电子分布函数在离子声波速度V_φ处的导数会大于零,离子声波则变成不稳定的.在长波极限条件下,可得到离子声波的增长率γ(K)为     

低温凝聚InSb膜的相变和超导电性

作者及其合作者曾研究了在90—100K的冷底板上凝聚的InSb膜的相变和超导电性,发现了在淀积凝聚以后发生第一次电导跃变,并与温度无关,所形成的相是个金属相,并且是一个超导体,其T_6=2.8K。当温度升高到200K附近时,发生第二次电导跃变,并且在210K达到最大值。当温度继续升高时,电导迅速下降。第二个电导跃变峰值对应的相也是个金属相,并且也是一个超导体,其T_c=4.2K。第二个电导跃变及其性质和的结果一致。     

分子量对热致性向列型液晶高分子性能的影响的研究

一、引言 大多数热致性液晶高分子表现有双向液晶性。除了双向性液晶外,也能看到有关单向性液晶态的报道。双向性液晶在升温和冷却的过程中都能形成同种液晶态。单向性液晶态只是在冷却的过程中形成,而在升温过程观察不到。值得注意的是,单向性液晶态的形成依靠的是体系在冷却过程中发生的相变过冷现象,即一个可以结晶的单向性液晶高分子,其冷却过程中液晶态的形成依赖于熔体结晶时的过冷现象,此时T_c(冷却时熔体结晶温度)小于T_m(加热     

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的结晶机制

由于有些聚合物会结晶而引起了对聚合物结晶形态与机制的广泛研究.结晶聚合物常形成球晶,球晶结晶的机制已经过充分研究.然而在氟聚合物中常发现棒晶及其他非球晶形态,非球晶结晶的机制至今仍不清楚.在前文中,作者发现四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP共聚物)的形态强烈地依赖于在310—320℃附近的熔体温度.当熔体温度保持在熔点以上、310℃以下时,冷却结晶形成无规晶片.当熔体温度在320℃以上时,则形成球晶.形态随熔体温度的变化,显然与熔体结构随温度的改变有关.熔体中常见的相变是液晶相转变.本文将研究熔体中发生的转变,并根据熔体相态及结晶速率的变化,来解释非球晶结晶的机制.     

关于Ga的非晶态结构转变过程的模拟研究

关于由液态淬火制备的非晶态金属和合金结构转变微观过程的研究,一直是材料科学家十分关注的问题。但是,由于当前实验技术条件的限制,对于这样一种急冷过程,是很难用仪器进行精确测定的。然而,新近发展起来的分子动力学计算机模拟研究,对此却是一种非常有用的工具。本文以纯Ga为例,用500个Ga原子模拟其由熔态→过冷液态→非晶态的转变过程,观察其原子结构组态的变化,发现其微观结构有二个显著的特点:(1)与通常的液态及非晶态金属相反,随着温度的下降,与二十面体结构相关联的1551键数目愈来愈少,最后只有约百分之一了。(2)与此同时,与面心立方、六角密集结构相关联的1421,1422和1431键数目     

电化学C-V法研究磁性GaMnSb/GaSb单晶的载流子浓度纵向分布

采用电化学C-V方法和Tiron电解液研究了GaMnSb/GaSb单晶载流子浓度的纵向分布, 所得结果与Hall测量结果和X射线衍射分析结果一致. 研究结果表明GaMnSb单晶中的Mn原子替代了GaSb中部分Ga原子的位置, 并在GaSb中形成了浅受主能级.     

液晶同系物的光散射

对nCB、nOCB和其他同系列液晶在各向同性液相(Ⅰ相)的磁双折射和光散射实验表明,取向关联函数G_0的倒数随温度T改变的曲线在相变点T_c附近与直线偏离,当T减小而趋于T_c时,G_0~(-1)一般向下弯曲,但有     

铅系超导体中掺氟效应

氧化物高温超导体中F代O的研究,近来受到更多的关注.实验结果显示,只要制样的方法适宜,F代O都有利于超导性.如Y-系及Tl-系,用F代部分O使超导相更易形成,T_c略有提高.Bi-系掺F,有使T_c显著提高的效果.属绝缘化合物的M_2CuO_4(M=Nd,Pr,La),当以F代部分O时,变为T_c=30～40K的超导体.金属性的TlSr_2CaCu_2O_7及半导体的Tl-Sr_2ReCu_2O_7(Re为稀土)在掺F之后,成为T_c≥77K的超导体.近来有文献指出,要在6GPa高压下合成才具有超导性的Sr_2CuO_3,当以F代部分O时,在常规条件下制备样品就成为T_c=46K的超导体.Pb-系在结构上颇有特点,自发现之后,已对它进行了多方面的研究.但是,至今尚无在该体系中掺F的研究报道.对这方面进行深入的研究,为了解超导机理是有意义的,本文报道了研究的初步结果.     

室温铁磁性半导体MnxGa1-xSb

采用离子注入、离子淀积及后期退火方法制各了稀磁半导体单晶MnxGa1-xSb,在室温下(300 K)获得了单晶的磁滞回线.用X射线衍射方法分析了铁磁性半导体单晶MnxGa1-xSb的结构,用电化学C-V法分析了单晶的载流子浓度分布.由X射线衍射得知,MnxGa1-xSb中Mn含量逐渐由近表面处的x=0.09下降到晶片内部的x=0.电化学C-V测得单晶的空穴浓度高达1×1021cm-3,表明MnxGa1-xSb单晶中大部分Mn原子占据Ga位,起受主作用.     

声悬浮条件下Bi-Ga过偏晶合金的液相分离

采用声悬浮方法实现了Bi-58.5%Ga(原子分数)过偏晶合金的无容器熔化和凝固. 在常规慢速冷却条件下, 由于重力作用, 合金发生严重的宏观偏析, 第二相(Ga)呈明显向上的Stokes运动特征. 而在声悬浮条件下, 合金中第二相(Ga)基本呈均匀弥散分布, Stokes上升运动受到明显抑制. 分析表明, 偏晶合金熔体在声悬浮场中受声场的作用上下振荡, 这可以使第二相液滴周围产生微观定常流场. 这种流场形成的压力能够影响第二相液滴的形状, 从而减小第二相液滴向上的Stokes运动速度.     

液态Ni70.2Si29.8合金的表面张力和比热研究

采用悬浮液滴振荡法和落滴式量热计研究了深过冷液态Ni_70.2Si_29.8共晶合金的表面张力和比热. 实验发现, 在182 K (0.12 T_E)过冷度范围内, 表面张力与温度之间存在线性函数关系, 共晶温度1488 K处的表面张力是1.693 N·m^−1, 温度系数为−4.23×10^−4 N·m^−1·K^−1. 在实验获得的253 K (0.17T_E)最大过冷度范围内, 液态Ni_70.2Si_29.8合金的比热与温度之间呈现多项式函数关系. 对液态Ni_70.2Si_29.8合金的密度、过剩体积和声速与温度的函数关系进行了理论预测.     

金属雪

雪是最有趣的固体之一。分析雪的结构,你就会发现,它的结晶构造使得它的密度非常低而吸音和隔热非常好,是一种高强度的结构形式。从理论上讲,任何固态物质,只要在其气态状态时混入一定量的空气和惰性气体,然后速冷至凝固温度以下,都能形成雪,这种过饱和的气态物质并不经过液态而瞬时凝结,形成气体悬浮状的结晶,这种结晶很难释放由于凝结而积聚在内部的热能,因此就膨胀成为稀疏的羽毛形树枝晶状的雪花结构。代达罗斯正在试图用这种方法来处理金属。瞬冷时最易产生膨胀压力,也最容易雪化的金属是铥。DREADCO的金属专家们在一个热凝试验罐里冷却了铥蒸气和氩气的混合物,并在显微镜下研究了铥雪的结构,他们准备在进一步弄清这一结构后将此方法应用到其他传统的工程金属上去。     

研磨引起的Bi_8SrCaO_(14)晶体到非晶的转变

Tsuneyuki Kanai等发现机械研磨能引起样品Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O超导临界温度T_c的降低和物相的改变,当研磨时间从两分钟逐渐增加时,在X射线粉末衍射图中对应于高T_c的2223相(T_c=107K)的峰的强度逐渐减弱,峰宽逐步增宽,最后到六十二分钟时变成非超导的相,从X射线粉末衍射图来看几乎为无定形相,这种现象可能与结构中Bi-O双层密切相     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的磁性和巨磁电阻效应

采用射频溅射法制备了纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In2O3颗粒膜，研究了Fex(In2O3)1-x颗粒膜样品的磁性和巨磁电阻效应，实验结果表明；当Fe体积百分比为35%时，颗粒膜样品的室温磁电阻变化率△ρ/ρ0数值达到4.5%,Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ随温度（T=1.5-300K)的变化关系表达；当温度低于10K时，△ρ/ρ0数值随温度的下降而迅速增大，在温度T=2K时△ρ/ρ0达到85%，通过研究颗粒膜低场磁化率X（T）温度关系和不同温度下的磁滞回线，证实当温度降低到临界温度Tp=10K时，颗粒膜中结构变化导致磁化状态发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变，Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ0在温度低于10K时的迅速增大，可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品处于“类自旋玻璃态”时存在特殊的导电机制所造成的。