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精密電阻
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通過TEM技術(shù)觀察聲子在缺陷部位附近的傳播

晶體中的缺陷結(jié)構(gòu)將通過影響散射的聲子來影響聲子光譜,從而導(dǎo)致材料的熱力學(xué)和傳熱特性發(fā)生變化。

為了準(zhǔn)確地表征缺陷對(duì)固體中導(dǎo)熱和熱擴(kuò)散的影響,了解聲子與缺陷之間的相互作用該作用非常重要。

關(guān)于聲子-缺陷關(guān)系的理論研究是廣泛的,但是實(shí)驗(yàn)研究卻相對(duì)缺乏。

這是因?yàn)楫?dāng)前大多數(shù)聲子檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的分辨率難以滿足要求,并且難以為單個(gè)缺陷部位附近的局部振動(dòng)獲得足夠的分辨率。

有鑒于此,加利福尼亞大學(xué)歐文分校,潘曉慶,吳如謙等人報(bào)道了單缺陷聲子的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果,這些聲子是通過空間分辨和角度分辨振動(dòng)光譜表征單個(gè)缺陷聲場(chǎng)附近而獲得的。

透射電子顯微鏡(TEM)。

單個(gè)缺陷部位附近的聲子振動(dòng)譜。

在立方SiC晶體的缺陷部位觀察到在聲振動(dòng)模式下能量的毫伏能量紅移,并且缺陷部位處的能量變化被限制在納米范圍內(nèi)。

觀察到的結(jié)果通過TEM技術(shù)打開了聲子在缺陷部位附近傳播的觀察,為材料的熱性能設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了有效的幫助。

圖1.表征SiC缺陷部位聲子光譜的高分辨率實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

最近開發(fā)的高精度單色角分辨EELS(電子能量損失譜)和球差STEM(掃描透射電子顯微鏡)技術(shù)已達(dá)到<10meV。

光譜能量分辨率為高分辨率實(shí)驗(yàn)光譜表征提供了技術(shù)支持。

因此,作者獲得了足夠高的動(dòng)量分辨率和空間分辨率,同時(shí)消除了極化子的信號(hào)。

在實(shí)驗(yàn)中觀察到由于缺乏對(duì)稱性,SiC缺陷位置處的局部聲子共振。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)SiC廣泛用于電子設(shè)備,但是由于SiC晶體中的堆疊缺陷,SiC中存在許多缺陷,會(huì)嚴(yán)重影響導(dǎo)熱性。

同時(shí),通過在Si襯底上支撐3C-SiC,通過SiC和Si之間較高的晶格失配(24.5%),可以輕松地在SiC中構(gòu)造單個(gè)缺陷。

圖2.高分辨率聲子(30?50meV)頻譜共振增強(qiáng)效應(yīng)高分辨率二維空間分布圖圖3.高分辨率聲子頻譜共振效應(yīng)的空間分布在實(shí)驗(yàn)中,聲音在納米間隔附近觀察到缺陷位點(diǎn)的次共振現(xiàn)象,缺陷位點(diǎn)影響附近的-3?3nm(±0.6nm)聲子(能量為30?50meV),得到二維聲子譜。

隨后,利用角度分辨EELS技術(shù)表征了單個(gè)聲子的空間分布,并觀察和研究了缺陷結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的聲子的紅移現(xiàn)象。

圖4.缺陷聲子譜的紅移的高分辨率角度分辨特征。

關(guān)于作者潘小慶教授長期致力于原子級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與物理性質(zhì)的關(guān)系的研究。

特別是在氧化物電子領(lǐng)域,他的研究小組是世界領(lǐng)先的研究小組之一。

他的團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了4DSTEM技術(shù),可繪制亞電場(chǎng)(?)空間分辨率的局部電場(chǎng)和電荷密度,直接成像界面電荷分布,并深入了解鐵電極化的起源和電荷轉(zhuǎn)移氧化物界面的過程。

分辨率提高到小于0.5埃,實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)亞埃級(jí)的實(shí)時(shí)材料結(jié)構(gòu)分析。

結(jié)合掃描探針技術(shù),這種分辨率的飛躍使得可以在外部場(chǎng)的作用下直接觀察原子動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)過程。

吳汝謙教授開發(fā)并開發(fā)了能帶方法和計(jì)算程序,以研究復(fù)雜材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。

引領(lǐng)世界磁性薄膜和納米磁性材料的研究;開發(fā)了磁晶各向異性,磁光效應(yīng),磁致伸縮和磁性X射線二色性的計(jì)算方法,并率先使用第一性原理方法定量研究了雜質(zhì)和晶界對(duì)材料力學(xué)性能的影響。

他的研究主要集中在密度泛函上。

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