正电子湮没技术对多铁材料铁磁性能与缺陷的研究
用正电子湮没谱学研究Fe(Ⅲ)在γ-Al2O3载体中的分散
两 片 相 同 的样 品 中 间 。 每 次 正 电子 寿 命 谱 的测 量 都 保 持 参 数 相 同 ，除 原 样 样 品 是在 室 温 大 气 中进 行 外 ，其 它所 有 的 都 在
室温 真 空 （． Ｐ ） １５ ａ 中进 行 ，每 个 谱 的 计 数 为 １ ５ １。 ． × ０。
２ １ 年 第 ３期 ０１ （ 总第 １ ９期 ） ３
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯ ＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ． ２ １ ３， ０１
（ ｍｕａｉ ｌ Ｎ ．３ ） Ｃｕ ｌｔ ｅｙ ｏ１ ９ ｖ
用 正 电子 湮 没 谱 学研 Ｆ Ｉ Ｉ在ｙ ＡＩ ３ 究 ｅ（ Ｉ） — ０ ２ 载体 中 的分 散
（ ）结 果 与讨论 二
实验 中 的ｙＡ 。。 由假 一 水 氧 化 铝 脱 水 制 得 的 。在 脱水 — １０ 是 过程 中 ，氧 化铝 首先 形成 数 纳 米 （ｍ 的 一 次微 粒 ，再 由 一 次 Ｄ） 微 粒 聚 成 二 次 粒 子 ，并 由这 二 次 粒 子 聚 集 形 成 其 多孔 载 体 。 ｖＡ 。。 — １ 的孔 主 要 有 两 种 形 式 ：一 种 是 一 次微 粒 聚集 间 隙 形成 ０ 的微 孔 ，其 平 均 孔 径 约 为 ０ ９ ｒ ，另 一 种 是 由二 次 粒 子 聚集 ． ｉ ｍ 间 隙 形 成 的 二 次 孔 ， 其 平 均 孔 径 为 ７ ７ ｎ 比 表 面 积 为 ． ｍ。 １３ ｇ ８ｍ／ 。一般 认 为 ， ｙＡ 。 体 内表 面 存 在 多 种 活 性 中 心 ， 在 —１ 载 ｚ ０
学来研 究Ｆ （Ｉ） — １ ｅ Ｉ Ｉ 在Ｙ Ａ 中的热分散过程 。 ０ 正 电 子 是 电子 的反 粒 子 。 当 高 能 正 电 子 由 放 射 源 射 向样
正电子技术在材料研究中的应用
（1）基本物理性质 寿命：在真空无电子环境，>21021年 正电子属轻子族，不直接参与强相互作用 是费米子，遵守Fermi-Dirac统计 正电子与电子的基本物理量对比
静止质量 自旋 电荷 磁矩
e+ 9.11x10-28g
1/2 1.602 x10-19C 9.285×10-24 A·M2
3）节省了材料，降低了造价。
Ps-TOF谱仪设计图
正电子技术研究平台
放射源慢正电 子束流
多普勒展宽、 3能谱、正电子散射截面
基于加速器慢 正电子束流
多普勒、正电子寿命、CDB、AMOC、Ps-TOF
正电子寿命谱仪
基本测量
常规正电子湮 没谱学
高分辨寿命谱仪 AMOC测量系统 符合多普勒系统
性能先进 多参数测量
正电子谱学方法—正电子源
常用正电子源
核素
半衰期 ＋能量(MeV) ＋分支比(％) 伴随（MeV）
22Na
2.6年
0.54
89
1.276
58Co
71天
0.48
15
0.81
64Cu
12.8小时
0.65
19
少量
68Ge 68Ga 279天
1.89
80
少量
正电子与物质的相互作用
正电子的热化：高能量的正电 子进入固体中，在极短的时间 内(约几个ps)，正电子与晶格 点阵发生一系列非弹性碰撞， 能量迅速减至晶格热振动能量 KBT，这个过程称为热化阶段。 正电子在样品中的射程取决于 这个阶段
定时虑波放大 器
恒比定时
延时
时幅转换器
主放大器
放大器
单道分析 器
PUR
正电子湮灭
正电子湮灭正电子湮灭技术正电子湮没技术(Positron Annihilation Technique-PAT)是一门把核物理和核技术应用于固体物理与材料科学研究的新技术，近20多年来该技术得到了迅速发展。
正电子湮没技术包括多种实验方法，其中最常用的主要有3种，即正电子湮没寿命谱测量、2γ湮没角关联和湮没能量的Doppler展宽。
简言之，正电子湮没技术是通过入射正电子与材料中电子结合湮没来反映材料中微结构状态与缺陷信息的。
与其他现代研究方法相比，正电子湮没技术具有许多独特的优点。
首先，它对样品的种类几乎没有什么限制，可以是金属、半导体，或是绝缘体、化合物、高分子材料；可以是单晶、多晶、纳米晶、非晶态或液晶，只要是与材料的电子密度、电子动量密度有关的问题，原则上都可以用正电子湮没的方法进行研究。
第二，它所研究的样品一般不需要特殊制备，其制样方法简便易行。
另外，正电子湮没技术对材料中原子尺度的缺陷和各种相变非常灵敏。
如今正电子湮没技术作为一种新型的应用核分析技术，已广泛应用于材料科学、物理、化学、生物、医学、天文等领域，本文仅就正电子湮没技术在测试领域研究中的一些基本应用(原理)作一介绍。
正电子湮没无损测试技术是一种研究物质微观结构的方法，一种先进的材料微观结构－自由体积的探测和表征技术，可用于固体物理晶体缺陷与材料相结构与相结构转变的研究，目前已成为一种研究物质微观结构、缺陷、疲劳等的新技术与手段。
检测实施过程中，放射源作用材料时会产生带有正电荷的、尺寸与电子相当的质点，这种正电子可以被纳米大小的缺陷吸引而与电子相撞击。
在正负电子撞击过程中，两种质点湮没，从而放出一种伽玛射线。
伽玛射线能谱显示出一种清晰可辨的有关材料中的缺陷大小、数量以及型别的特征。
显然，这些特征可以标识最早阶段的损伤，即裂纹尚未出现的损伤；同时可以在不分解产品的情况下定量地评估其剩余寿命，笔者对该技术的原理及其应用进行了介绍。
正电子湮没无损测试所采用的正电子源最初来自于放射源的β＋源，通过放射源的作用在材料中产生正电子。
多重铁性材料的研究进展--- 改善多重铁性的方法途径
3国家自然科学基金资助项目(10572155,10172030,50232030) 路晓艳:女,博士生 Tel :020********* E 2mail :luxiaoyan @多重铁性材料的研究进展3路晓艳1,刘玉岚2,王 彪1,2(1 哈尔滨工业大学光电信息中心,哈尔滨150001;2 中山大学物理科学与工程技术学院,广州510275) 摘要 多重铁性材料是一类可以同时具有(反)铁电、(反)铁磁及铁弹中两者或两者以上耦合性质的多功能材料,其丰富的物理现象和颇大的应用潜力受到学术和工程领域的广泛关注。
归纳了多重铁性材料的研究进展,包括种类、耦合机理、制备方法和影响因素等;讨论了其实验和理论研究中的发展及存在的问题,并在此基础上展望了多重铁性材料的研究前景。
关键词 多重铁性 磁电效应 铁电 铁磁中图分类号:TB30Progress of R esearch on Multiferroic MaterialsL U Xiaoyan 1,L IU Yulan 2,WAN G Biao 1,2(1 Electro 2Optics Technology Center ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001;2 School of Physics and Engineering ,Sun Yat 2sen University ,Guangzhou 510275)Abstract Multiferroic materials with two or three kinds of coupled ferroelectric ,ferromagnetic ,and ferro 2elastic properties attract more and more attentions both in academic and engineering societies because of their wide po 2tential applications.In the paper ,the present research on the multiferroic materials including the classifications ,the coupling principles ,the preparations and the properties is reviewed.Some main achievements and challenges in the preparation and the theoretical research of the materials are outlined.K ey w ords multiferroic ,magnetoelectric effect ,ferroelectric ,ferromagnetic0 前言随着人类对生态环保、材料性能以及尺寸越来越高的要求,开发研制原子尺度的新材料和设计整合不同材料的特性成为新材料研究的焦点。
正电子湮没技术原理及应用
因为 ｅ 激发态的寿命仅 ３ｐ（ ｓ ０ Ｎ ｓ １ ：１ ｐ ｓ， ）所以 １２ ｅ ｙ射线 出现的时刻可视为是与 ．８Ｍ Ｖ 粒 子 同 时产 生 的事 件 ， １２ Ｍｅ Ｔ射 线 出 现 即 ．８ Ｖ 的时刻可看作正电子的起始 时刻—— 粒子 。 ． 的能谱是连续 的， 如 衰变后的子核 处于基态 ， 则 能谱 的最 大能量 Ｅ Ａ 放射性母核放 Ｅ（ 出的能 量 ）
正 电 子 湮 没 技 术 （ ｏｉｏ Ａ ｎｈｌｉ Ｐｓｒｎ ｎｉｉｔｎ ｔ ａｏ ＴｃｎｑｅＰ Ｔ 是 － ｆ把核 物理 和 核技 术 应 用 于 ｅｈｉｕ—Ａ ） － ｊ
材料科 学 、 物理 、 学 、 化 生物 、 医学 、 文 等领域 ， 天 本 文仅就 正 电子湮 没技术 在材 料科 学 研究 中 的一些
Ｐｒｎ ｉ ｌ ｓａ ｐ ｉａ ｉｎｓｏ ｓｔ ｏ ｎ ｈｉａ ｉｎ ｅ ｈ ｑ ｉ ｃｐ ｅ ｎｄ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｆｐｏ ｉｒ ｎ ａ ｎｉ ｌ ｔｏ ｔ ｃ ｎｉ ｕｅ
Ｃ ＨＡＯ Ｙｕ —ｈ ｎ ｅ ｓ ｅ ｇ，Ｚ ＨＡＮ Ｙ ｎ ｈ ｉ Ｇ ａ — ｕ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｃｅｃ ，Ｎ ｒ ｅｓ ｒ ｎｖｒｉ ，Ｓ ｅｙｎ １０ ４ ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ Ｓｉ ｅ ｏｔ ａｔ Ｕ ｉ ｓｙ ｈｎ ａｇ１０ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ
的电子密度 、 电子动量密度有关的问题 ， 原则上都 可以用正电子湮没的方法进行研究． 第二 ， 它所研 究的样品一般不需要特殊制备 ， 其制样方法简便
易行 ． 另外 ， 电子湮 没技 术对 材料 中原 子尺 度 的 正 缺陷 和各种 相 变非 常灵 敏 ． 今 正 电子湮 没技 术 如 作 为一 种新 型 的应 用 核 分 析 技 术 ， 已广泛 应 用 于
材料表征手段之一：正电子湮没的应用技术
材料中的杂质和缺陷能级
主要影响（光学、电学、磁学） 原因：周期性势场受到破坏、在禁带中进入新 的能级 杂质分类： 占据位置：间隙式、替代式
导电性质：施主、受主
缺陷分类：点缺陷、线缺陷、面缺陷
点缺陷
• 弗仑克尔缺陷：一定温度下，格点原子在平衡位置附近振动，
退火环境对ZnO薄膜中缺陷的影响
SLnoael > SLair950 > SLoxy850 ≈SLoxy1000， SL = fbSb + fdSd , fd+fb= 1, Sd>Sb fdnoael > fdair950 > fdoxy850≈fdoxy1000，fdnoael、fdair950、fdoxy850、 fdoxy1000分别表示在没有退火样品、空气中950oC退火、 氧气中850oC退火、氧气中1000oC退火后ZnO薄膜中缺
结构、光学、 电学性能
缺陷
透
电
卢
射
子
瑟
电
顺
福
子
磁
背
显
共
散
微
振
射
镜
深 能 级 顺 发 谱
霍
光
正
尔Leabharlann 致电效发
子
应
光
湮
谱
没
谱
内 容 提 要：
• 一: 正电子湮没谱技术
寿命谱技术 多普勒展宽技术
慢正电子湮没技术
• 二: 研究结果
一:正电子湮没谱学
➢晶体 ➢纳米材料 ➢金属 ➢聚合物材料
陷处正电子的湮没份额。
ZnO薄膜在在空气和氧气中退火后的光致发光谱
量子点
多铁材料内磁性关联对铁电性质影响的理论研究
多铁材料内磁性关联对铁电性质影响的理论研究陈雅蓉;陈奥;李星颖;高雨婷;张娟;朱小芹;翟良君【期刊名称】《江苏技术师范学院学报》【年(卷),期】2017(023)002【摘要】多铁材料是一种能够在一定的温度下同时表现出磁性和铁电性的材料,在多功能材料设计领域有着重要的应用.在本研究中,从理论上讨论了第一类多铁材料内磁性子体系的磁性关联效应对铁电性质的影响.在这类材料中,磁性子体系的相变温度一般低于铁电子体系.选用了海森堡模型和横场伊辛模型来分别描述多铁材料中的磁性和电性子体系,并且仅考虑了磁性体系的相变温度Tm低于铁电子体系的相变温度Te的情况.研究发现在温度高于Tm时,磁化强度为零,但磁性关联项仍能影响铁电性质.【总页数】7页(P34-40)【作者】陈雅蓉;陈奥;李星颖;高雨婷;张娟;朱小芹;翟良君【作者单位】江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001;江苏理工学院数理学院,江苏常州213001【正文语种】中文【中图分类】TM271【相关文献】1.羰基铁/有机硅环氧树脂复合材料的电磁性质及微波吸收性质 [J], 崔荣振;王博翀;王涛;李发伸2.铁炭复合磁靶向缓释药物载体材料的制备--制备条件对铁炭复合材料磁性能的影响 [J], 马垠智;曹宏明;黄广建;吴秋芳;张海英;於定华3.磁电耦合对于铁电磁系统的磁性关联的影响 [J], 蒋磊4.TiO2过渡层对BiFeO3薄膜微结构和铁电磁性质的影响 [J], 朱成龙;沈明荣;李涛5.多铁材料内磁性关联对铁电性质影响的理论研究 [J], 陈雅蓉;陈奥;李星颖;高雨婷;张娟;朱小芹;翟良君;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多重铁性材料的研究进展[1]
![多重铁性材料的研究进展[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/92f863e0524de518964b7d21.png)
3国家自然科学基金资助项目(10572155,10172030,50232030) 路晓艳:女,博士生 Tel :020********* E 2mail :luxiaoyan @多重铁性材料的研究进展3路晓艳1,刘玉岚2,王 彪1,2(1 哈尔滨工业大学光电信息中心,哈尔滨150001;2 中山大学物理科学与工程技术学院,广州510275) 摘要 多重铁性材料是一类可以同时具有(反)铁电、(反)铁磁及铁弹中两者或两者以上耦合性质的多功能材料,其丰富的物理现象和颇大的应用潜力受到学术和工程领域的广泛关注。
归纳了多重铁性材料的研究进展,包括种类、耦合机理、制备方法和影响因素等;讨论了其实验和理论研究中的发展及存在的问题,并在此基础上展望了多重铁性材料的研究前景。
关键词 多重铁性 磁电效应 铁电 铁磁中图分类号:TB30Progress of R esearch on Multiferroic MaterialsL U Xiaoyan 1,L IU Yulan 2,WAN G Biao 1,2(1 Electro 2Optics Technology Center ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001;2 School of Physics and Engineering ,Sun Yat 2sen University ,Guangzhou 510275)Abstract Multiferroic materials with two or three kinds of coupled ferroelectric ,ferromagnetic ,and ferro 2elastic properties attract more and more attentions both in academic and engineering societies because of their wide po 2tential applications.In the paper ,the present research on the multiferroic materials including the classifications ,the coupling principles ,the preparations and the properties is reviewed.Some main achievements and challenges in the preparation and the theoretical research of the materials are outlined.K ey w ords multiferroic ,magnetoelectric effect ,ferroelectric ,ferromagnetic0 前言随着人类对生态环保、材料性能以及尺寸越来越高的要求,开发研制原子尺度的新材料和设计整合不同材料的特性成为新材料研究的焦点。
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正电子湮没技术对多铁材料铁磁性能与缺陷的研究多铁材料通常指同时具有铁电性能和铁磁性能的材料。
近年来,由于多铁材料具有的特殊物理性质以及潜在的应用价值,使其受到了越来越多的关注,成为
了材料科学领域的研究热点。
目前,有关多铁材料实验方面和理论方面的工作都在不断发展中,其中关于多铁材料磁性起源、磁电效应、铁电起源等的理论解释不断涌现,这些理论工作在一定程度上又指导了实验工作,使人们发现了更多种
类的多铁材料。
实验和理论研究的配合使人们对多铁材料的认识越来越清晰,但发展室温多铁材料还有大量的问题有待研究解决。
例如材料中磁性来源是什么,磁电耦合机制是什么等等。
大量的实验和理论工作表明,空位缺陷和元素掺杂能导致半导体具有磁性,那么在多铁材料中,微观缺陷是否会对铁磁性产生影响?其作用机制是什么?这个问题的解决对提高多铁
材料的性能具有重要的意义。
正电子湮没谱学是一门将核探测技术应用于固体物理与材料领域的学科,包括正电子实验探测技术和正电子理论计算两大部分。
正电子湮没技术对材料原子尺度的缺陷非常敏感,可以提供缺陷尺寸、缺陷类型、缺陷浓度以及缺陷随深度分布的信息,在探究材料缺陷方面具有不可替代性。
本论文采用正电子实验探测与正电子理论计算相结合的手段,对包括“明星”多铁材料BiFe03、铋层状钙钛矿结构氧化物以及纳米材料SrTiO3等在内的几种典型的多铁材料进行了系统的研究,探讨了材料微观缺陷与宏观性质的内在关联。
取得的主要研究成果有:1.利用正电子湮没寿命技术和符合多普勒展宽技术,配
合正电子寿命理论计算,对La掺杂的BiFe03材料中的缺陷进行了系统探究。
在此基础上,结合XRD测试、拉曼测试以及磁性测试结果,对材料内部铁磁性能的起源进行了分析。
实验结果表明:(a)在不同La掺杂浓度的样品Bi1-xLaxFeO3中,发现当掺杂浓度x>0.20时,Bi单空位逐渐消失,大孔洞的空位团簇出现,与此同时,剩余磁化强度也随之增大,表明阳离子空位型缺陷会对材料磁性产生影响。
(b)在不同煅烧条件下得到的Bi0.7La0.3FeO3样品中,发现同时采用相对较高的锻烧温度和较长的煅烧时间对材料进行处理时,Bi0.7La0.3FeO3的磁性能
才出现了明显的改变,此时样品中的缺陷浓度是相对最高的,且缺陷类型以双空
位或三空位等复合空位缺陷为主。
这说明经过充分煅烧后,样品内部晶粒会发育完全,使得大量微孔洞消失,小尺寸复合空位缺陷浓度增加,有利于增强室温铁磁
性能。
(c)在探究Fe空位对Bi0.7La0.3FeO3样品铁磁性能的影响中,我们尝试通过减少Fe元素含量的方式来获取Fe空位的变化。
结果表明Fe空位确实会对室温下的铁磁性能产生影响。
2.利用正电子湮没寿命谱仪和符合多普勒展宽谱仪研究了铋层状结构氧化物中缺陷的变化,结合XRD、SEM测量结果以及磁性测量结果,探讨了缺陷对其室温铁磁性能的影响。
(a)在对Bi7Fe2.75Co0.25Ti3021材料的界面缺陷和铁磁性分析工作中,发现饱和磁化强度的变化趋势与界面缺陷消失的过程是一致的。
界面缺陷会对此材料的铁磁性能产生影响,缺陷浓度的减小会导致饱和磁化强度降低。
(b)对Bi7Fe2.9Co0.1Ti3O21材料进行A位铒元素掺杂,发现材料内部缺陷浓度和缺陷类型均发生了变化,材料内部缺陷浓度的变化趋势与饱和磁化强度的变化并不一致,表明缺陷对材料磁性能的作用,不仅与缺陷浓度有关,与缺陷的类型也有很大关系。
3.利用正电子湮没寿命谱仪和正电子理论计算,结合XRD、SEM以及磁性测试对纳米材料SrTi03的磁性起源进行了探究。
实验结果显示当材料内部缺陷大量减少时磁性消失,表明室温铁磁性的产生与缺陷有很大关系。
并且在进一步的探究中我们发现,消失的缺陷中,占主要成分的是Ti空位缺陷,由此可知Ti空位缺陷对SrTi03材料内部的磁性起源起着重要作用。