浅析磁场在晶体生长中的应用研究进展
浅析磁场在晶体生长中的应用研究进展摘要：本文首先介绍了磁场对晶体生长影响的两种机制和磁场的类型，然后分析了磁场在蛋白质晶体生长中的应用和磁场在氧化物晶体生长中的应用，最后探讨了磁场在半导体晶体生长中的应用。
关键词：磁场；晶体生长；应用从熔体中生长晶体，由于对流，尤其是湍流的存在而产生宏观及微观的生长条纹，影响到晶体的物理及化学性质的均匀性。
克服对流的方法主要有微重力环境和磁场，而前者的实验费用昂贵，实验次数少，可用于基础性的研究，大规模的商业应用在目前来说是不现实的。
磁场用于抑制晶体生长中的湍流以减少条纹的方法是在1966年由Utech和Fleming及Chedzey和Hurlel分别独立提出的，然而这一发现却未能引起人们的重视。
70年代末，人们发现磁场对Si单晶生长中引入晶体的氧浓度影响很大。
由于氧浓度对Si基半导体器件的性能影响很大，才开始大规模研究磁场对晶体生长行为的影响。
1磁场对晶体生长影响的两种机制磁场影响晶体生长的机制有两种：Lorentz力与熔体中对流的互作用和对生长物质的磁化。
前一种机制是对熔融态导电的物质而言的。
磁场条件下熔体的流动必然引起感应电流的存在，而磁场又对这种感应电流有LorentZ力的作用，因此可以抑制熔体中的对流。
如果用B、E、V分别表示磁场强度、感生电动势和熔体流速，那么熔体中的感生电动势E为：E=-B×V熔体中的感生电动势是非均匀的，因此有电流J存在，这样抑制熔体运动的力F为：F=J×B另外一种机制则是对于非导电的物质，如蛋白质而言。
它们在磁场作用下分子受到磁化，其受到的力其中x为该物质的磁化率，H为磁场强度，V为物质体积。
2磁场的类型目前，磁场在晶体生长中的应用一般分为两大类：稳恒磁场和非稳恒磁场。
其中稳恒磁场又可分为横向（水平）磁场、垂直（轴向、纵向）磁场、会切（勾形）磁场；非稳恒磁场又分为旋转磁场、行波磁场、交变磁场和电磁场。
3磁场在蛋白质晶体生长中的应用磁场是否对蛋白质晶体的生长有影响，是一个有争议的问题，但Wakayama 等人利用均匀磁场和非均匀磁场对鸡蛋白溶菌酶(hen egg-white lysozyme)进行作用，发现均匀磁场对晶体的生长没有作用。
但不均匀磁场却对该晶体的成核数目有一定的影响，当磁场的梯度方向与重力方向一致时，则该蛋白质的成核数要比无磁场的情况下的成核数多5%，反之，如磁场的梯度方向与重力方向相反，则成核数减小5%。
最近他们又利用均匀磁场在重力条件下对晶体进行稳定，定量的研究了重力条件下该物质的初始结晶动力学。
4磁场在氧化物晶体生长中的应用对磁场影响氧化物晶体生长的研究才刚刚开始，但已经有一些有益的探索。
金蔚青等人位对横向磁场下KNbO3晶体生长过程作实时观察，发现晶体生长边界层的前缘部分变成平坦状，在晶体稳态生长中晶体内的生长条纹减少。
施加磁场则晶体生长界面前沿较为平直，撤去磁场，界面变得有些凹凸不平，而且出现了垂直于生长界面的生长条纹。
他们认为在磁场的作用下，界面前沿的流动粘滞性较高，温度波动较低，撤去磁场后，这两个参数条件迅速恶化而引起生长条纹。
在后续的工作中又对KNbO3熔体中的温度分布进行了测量，发现随磁场强度增加熔体温度梯度沿径向减小。
Miyazawa等研究了LiNbO3和TiO2熔体在轴向和横向磁场的作用下对流，发现磁场作用下氧化物熔体中的对流与半导体熔体中的对流变化不一样。
他们发现在800mT轴向磁场作用下，LiNbO3熔体中的流动有一个突变，由辐条状向绕中心旋转的流动转换，并且旋转速度随磁场强度增大而增大。
横向磁场下则在500mT时即出现上述情况。
对TiO2熔体均出现上述情况，TiO2熔体对流转换则是从复杂的网状结构转变成绕中心旋转的流动。
其旋转速度大约是LiNbO3情况下的两倍，旋转方向相反，且使旋转的临界值仅为10mT。
他们还成功地利用这一特点，用磁场Czochraski方法生长出TiO2单晶，而这在没有磁场作用的情况下则是比较困难的，对其直径的控制几乎不可能，因为固液界面凹向熔体。
5磁场在半导体晶体生长中的应用半导体材料是磁场在晶体生长中的应用涉及最早同时也是经济潜力最大的一个区域。
研究较多的是磁场条件下Si中氧浓度及其分布的变化、GaAS晶体由半绝缘体到半导体的变化及InP晶体的生长条纹变化等。
5.1 Si磁场可以影响Si单晶中氧浓度的大小是进行磁场Si单晶生长的主要动因。
引入Si单晶中氧浓度主要受熔体Si与石英坩埚的反应速度、熔体表面SiO蒸发的速率等因素的影响。
因此与其它保守掺质不一样，氧浓度受熔体中对流、增祸一熔体界面厚度以及熔体自由表面的影响较大，因此磁场对其作用较大。
以下是关于三种不同静态磁场对Si单晶生长效应的简单综述。
5.1.1轴向磁场的结果轴向磁场的工作很多，Hoshikawall报道了100mT轴向磁场对从3.5kg熔体中生长的单晶Si中氧和磷沿径向分布的影响，发现氧的含量在轴向增大，而径向电阻率均匀性减小，轴向的电阻率均匀性增加，在晶体边缘处旋转条纹增加。
Thomas等报道了Ga的有效分凝系数Keff与所施加磁场强度关系。
Dold等研究轴向磁场下，用镜炉(Mirror Furnaee)加热浮区法生长p和Sb掺杂Si单晶的过程。
60mT的磁场就对生长条纹有强烈的影响。
发现随磁场增强，条纹的频率范围由无磁场下的0.1~5Hz减少到220mT下只剩下一个频率，240mT 时则获得无条纹的单晶。
Croll等研究了5T的强磁场下用上述方法生长Si单晶的过程，发现如此高的磁场下轴向分凝的分布向扩散控制的方向移动，但并没有获得纯粹的扩散控制区域。
与时间相关的Marangoni对流引起的溶质条纹得以抑制。
但在强磁场下出现一种新的振荡条纹，这种条纹是由热电磁对流引起的，热电磁对流通常表现为环状对流，热电流(Thermocurrent)和界面形状、温度场以及组成等有关。
5.1.2横向磁场的结果Suzuki等最先报道了横向磁场下的Si单晶生长。
他们利用传统的加热器，在400mT磁场下沿(100)面生长出直径5cm硼掺杂无位错晶体，熔体中温度振荡从2℃降到<0.2℃，氧的浓度有所降低。
Hoshi等研究较大熔体中生长晶体，发现横向磁场可以减少晶体中氧含量，及由于增祸中的杂质而引起的污染。
Ravishankar等人报道了由热对流引起的条纹的减少，但旋转生长条纹有所增加。
这可能是由于横向磁场引起熔体中热对称性破坏的原因。
与轴向磁场相比，横向磁场下增祸的旋转有更为显著的效应。
5.1.3会切磁场的结果会切磁场是为了解决简单轴向磁场或横向磁场作用下的问题而提出的一种新设计方案。
合理的设计可以保证在晶体-熔体界面处磁场方向垂直于增祸壁，而没有轴向的成分。
Series和Hirata报道都显示轴向磁场下单晶中氧浓度降低，径向均匀性较好。
理论和实验都证明在低磁场下氧含量降低的速率很快。
sabhapathy和saleudean对轴向磁场和会切磁场影响Si单晶中氧的分凝效果进行了数值计算，提出了垂直于刚性界面的磁场可以加强边界与熔体流动之间的藕合的概念，这与会切磁场和横向磁场下钳竭旋转起主要作用，轴向磁场下晶体旋转起主要作用的事实相符合。
（三）导师制的作用大众化教育背景下本科生导师制的实施是否有必要？调查结果显示，在被调查的我院04、05级93人中，有79%的学生认为实行本科生导师制对于本科生培养教育具有重要的意义，82%的教师认为有利于因材施教和学生的个性发展；有利于教学与科研相结合；有利于充分发挥教师教书育人的主体作用；有利于密切师生关系，增进师生友谊。
可见，绝大多数师生对大众化教育背景下实施本科生导师制的认识具有高度的一致性。
（四）结论通过调查和比较分析，我院本科生导师制在实行过程中仍存在不少有待解决的问题，归纳为以下几点：一是本科生导师制形式化程度较浓厚，活动方式比较单一，师生比例不协调，师生间沟通交流较少，本科生导师制难于真正发挥作用。
二是导师制指导内容不够规范。
导师对自身职责和工作目标不够明确，部分导师难于做到尽职尽责。
三是导师制考评机制缺乏科学性，且与之配套的制度不健全和不完善，这在很大程度上影响了本科生导师制的实施效果及导师的工作积极性。
三、完善本科生导师制的对策和建议（一）结合实际，加强针对性指导指导方式应结合我院师资条件、教学科研状况、学生素质、班主任和辅导员制度等实际，选择不同类型。
目前，本科生导师制基本上分为综合导师制、年级导师制、英才导师制等不同类型。
由于我院班主任和辅导员制度的存在，与综合导师制必然产生职能上的重复，难于协调两种制度的职能，加之生师比问题突出，因而不适宜采用。
而英才导师制由于其覆盖面过小，闲置和浪费了导师资源，因而也不适宜采用。
相对而言，年级导师制由于主要是针对低年级学生的大学生活适应、学习方法、专业发展和职业规划的指导，可以有效地克服供需不平衡的问题，加之高年级的学生已经具备了较强的独立自主能力，就不再需要配备导师了，因而比较适宜。
同时，为求得导师制的良好效果，应加强指导的针对性和多样性，如利用电话相互联系或网上交流、导师经常下寝室、学生经常登门请教等加强学生与导师间的交流与了解，为导师制的顺利实施奠定基础；导师应根据学生的专业特长、学习兴趣和个性特征，制订并实施具体计划，通过导师论坛、专题讲座、谈心交流、学业辅导等形式，采取集中和个别相结合的方式，开展经常性的、有针对性的教育活动；此外，在指导要求上，既要倡导导师找学生，也要要求学生主动找导师，发挥两方面的积极性，形成良性互动，以增强指导实效。
（二）强化导师队伍，明确导师职责在进行导师筛选的过程中，挑选专业业务好、政治素质高、责任心强的老师担当本科生的导师是本科生导师制在实施过程中的一个重要环节。
近几年，随着我校扩大招生，学生数量急剧增加，但与此相对应的师资队伍建设却严重滞后，最突出的问题就是本科生导师的数量不能适应本科生导师制发展的要求。
为此，我们认为一方面应严格控制学生规模，加强师资队伍建设，提高教师工资福利待遇，以稳定导师队伍，激发导师工作的积极性；另一方面可适当招收部分在读研究生来充实导师队伍，使师生比保持在理想状态。
此外，应明确导师职责，这既是加强导师工作管理的必要手段。
也是衡量和考评导师工作的客观依据。
具体而言，本科生导师的职责大概分为以下几项：一是根据人才培养目标和专业培养计划，对学生的专业学习、选课过程给予指导。
二是定期组织学习讨论，让学生参与科学研究，培养学生理论联系实际的能力和创新思维能力，引导学生了解学科前沿情况，对学生的发展方向提出建议。
三是及时了解学生的思想动态，对学生进行思想品德教育，让学生树立正确的人生观和价值观，促进学生个性健康、充分地发展。
定向生长晶体的设计及其应用
定向生长晶体的设计及其应用定向生长晶体是一种特殊的晶体生长技术，通过在晶体生长过程中施加磁场、电场或热梯度等外界场的作用下，使晶体沿着特定方向快速生长并形成高质量的单晶体材料。
这种方法在物理、化学、生物和材料科学等领域具有广泛的应用价值。
本文将重点介绍定向生长晶体的设计及其在实际应用中的应用。
1. 定向生长晶体设计的基本原理定向生长晶体是通过外加场的作用下，使结晶物质沿着特定的方向生长，从而形成高质量、纯度高、缺陷较小的单晶体材料。
这种技术的基本原理在于通过外场作用下改变晶体中存在的生长条件，例如温度、凝固速度、种子取向等，从而控制晶体的生长方向。
在定向生长晶体中，光、磁、电和热四种外场均可用于控制晶体生长的方向。
其中，电场定向生长和磁场定向生长是两种运用最广泛的技术。
2. 电场定向生长晶体的设计及应用电场定向生长晶体是利用电场的作用来控制晶体沿着特定方向生长的技术。
这种技术已经被广泛应用于集成电路、激光器、光电探测器和电池器件等领域。
设计电场定向生长晶体的关键是通过适当的电极结构和场强调制来控制晶体生长方向。
最常见的电极结构包括板电极、斜板电极和球形电极等。
根据晶体生长过程中的电流、电压和温度演化规律，可以合理设计电极结构以保证晶体生长的稳定性和可控性。
举个例子，通过电场定向生长晶体技术，我们可制备出高质量的氧化铟钇（InYO）晶体，该晶体材料广泛应用于集成电路、光电子器件和激光器件中。
该材料的电学、光学性质均得到了高度的控制，具有很高的性能和应用价值。
3. 磁场定向生长晶体的设计及应用磁场定向生长晶体是利用磁场的作用来控制晶体沿着特定方向生长的技术。
这种技术已经广泛应用于硅晶片、锗晶片、氧化铝晶体和氧化锆晶体等材料的制备中。
设计磁场定向生长晶体的关键是通过适当的磁场结构和场强调制来控制晶体生长方向。
最常见的磁场结构包括竖直磁场和水平磁场等。
根据晶体生长过程中的磁力和热量演化规律，可以合理设计磁场结构以保证晶体生长的稳定性和可控性。
磁性材料的研究进展与应用
磁性材料的研究进展与应用现代科技离不开材料科学的发展，而磁性材料便是其中的一个重要分支。
磁性材料在生产生活以及军事国防等各个领域都有广泛的应用，其重要性不言而喻。
近年来，磁性材料的研究也在不断深入，这篇文章就来谈一谈磁性材料的研究进展与应用。
一、人造磁体的磁场稳定性研究人造磁体的磁场稳定性是判断其使用寿命的关键指标之一。
磁场稳定性并不能通过一两次测量就确定，而是需要长时间的跟踪观测。
为了提高人造磁体的磁场稳定性，研究人员从各个方面入手，如材料制备、工艺改进、设计优化等。
在新材料的研究方面，研究人员发现具有高磁各向异性和高饱和磁感应强度的纳米晶粒磁体具有较好的稳定性。
同时，改进制备工艺也能提高磁体的稳定性。
比如改进成分比例、优化离子注入能量等。
在磁体设计方面，改变线圈组合方式、优化感应体积等也能提高磁场的稳定性。
深入研究人造磁体磁场稳定性的同时，也需要充分考虑其实际使用环境。
比如在核聚变反应堆等高辐射环境下的稳定性问题。
只有在真正的实际环境中进行测试，才能更准确地评估其稳定性表现。
二、磁制冷技术的应用磁制冷技术是一种新兴的制冷技术，与传统气体制冷、压缩机制冷等技术相比，磁制冷技术具有更高的制冷效率、更低的工作噪声、更小的体积等优势。
利用磁制冷技术可以制造出更节能、更环保、更健康的制冷设备。
磁制冷技术的核心就是磁性材料的磁焓变化，当一个磁体受到外界磁场的作用时，会发生一定的磁焓变化，这种磁焓变化会转化为温度变化，从而实现对制冷介质的冷却效果。
通过对磁性材料的磁焓变化机制的深入研究，科研人员逐渐掌握了其制冷原理。
目前，磁制冷技术已经在各个领域得到了广泛应用。
比如在电子设备、汽车空调、医疗领域等。
三、高磁场环境下的研究高磁场环境下的磁性材料研究一直是磁性材料领域的热点之一。
在高磁场环境下，磁性材料的磁化状态会发生变化，其性能表现也会发生变化。
因此，研究高磁场下的磁性材料，不仅对于制造高磁能器件、储能器等有着重要意义，还能推动整个磁性材料领域的发展。
移动磁场用于从熔体中生长晶体：从基础研究到工业生产
走 向工业化的步骤 般情况下， 磁体都是放置在生长室外面， 但要在熔体中产生足够强的非稳定磁场力密 度则必须使磁体产生更大的感应力 以补偿生长室壁 、保温罩、加热器和坩埚周围的场损耗 ， 尤其是高压单晶炉，其炉壁厚达几个 ｏ ，使放置在生长室外的磁体必须产生非常高的感应 ｎ ｌ
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现代材料动 态
２长 晶体 ：
从基 础 研 究到 工 业 生产
从熔体中生长大尺寸晶体的主要问题之一是存在于熔体中的对流扰动， 甚至是湍流， 这种 湍流引起生长速率的剧烈起伏而造成组分不均匀、 生长界面上的错取 向成核， 甚至造成孪生 （ 如像在Ⅲ 一Ｖ族和 Ⅱ一 Ⅵ族化合物晶体中那样） 。为此 ，就利用 了稳定磁场或可变磁场来 阻尼熔 体 中的湍 流 。 在 生长 晶体 （ 具有 一定 电导 率的材 料 ） 中应 用 磁场 已有 多年历 史 （９ ６年就 有报 道 ） １５ 。 １８ ９ １年在 Ｓ 的 Ｃ ｉ Ｚ生 长 中首次应 用 横 向稳 定 磁场 （ ）就 取得 了明显 降低 晶体 中氧 浓度 Ｓ 的效果，随后又对垂直磁场 （ Ⅵ ，亦称轴向磁场 ，纵向磁场 ，Ｌ ） ＭＦ ，以及在工业 生产 Ｃ ｓ 单晶中应用磁场 （ ｚ 进行 了广泛深入的研究。Ｓ ｚｉ Ｍｃ ） ＭＦ也成功地用于 Ｃ Ａ 和 ｈ ｒ ｓ ａ ｌ Ｐ 等化合物单晶的生长。 在低共熔材料、 高温超导化合物和有机晶体的生长中应用磁场也都取 得 了良好的效果； 目前关于介电晶体生长中应用磁场的报道很少， 可能是其熔体导电率太低。 利 用勾 形磁 场 （ ＭＦ Ｃ ）可 以抑制 Ｖ ＭＦ 和 ＴＭＦ横 向磁场 ，也 叫水平 磁场 ，ＨＭＦ所 引起 的 ｒ （ ） 热不对称性，所产生的电磁力 （ ＭＦ Ｅ ）甚至可使熔 体自发旋转。 业 已发现 ，非 Ｓ 可有效调和 自 ＭＦ 然对流的起伏，而旋转磁场 （ ）则可控制熔体的 混合 。交变 （ 脉动）磁场 （ ＭＦ Ａ ）和移动磁场 （ ＭＦ Ｔ ）对扩散边界层 、 ｒ ｇｎ 流和生长 Ｍａ ｎ ｏｉ ａ 界面的 曲率的作用引起 了人们极大兴趣 。 移动磁场 （ｆ ） Ｔ ：原理和优点 在垂直方 向上，上下交替排列的线圈中通入交流 电流即可获得 Ｔ ，它可在熔体中产 ＭＦ 生一子午线式的移动罗沦兹力，其场线方向 （ 向上或 向下 ） 、频率 ｆ 相漂移 和振幅 Ｉ 、 都很 便于控制。Ｔ ＭＦ在晶体生长中的应用起始于 ２ 世纪 ９ 年代，开始主要在生长小直径 Ｖ 、 Ｏ Ｏ Ｂ Ｖ Ｆ金属合金， 和 Ｇ Ａ ，ｌｐ单晶中的应用基础研究 ，２ ０ 年开始 了 Ｔ Ｇ ａｓ ａ ０１ ＭＦ在 Ｃ Ｓ 生 Ｚｉ 长中的研究。证明它可方便地控制温度分布、界面形状和氧 的并入且其功耗较小。同所有其 它形式的磁场 比较， ＭＦ的优点是： Ｔ 可产生罗沦兹力场 ， 该力场是轴对称的 （ 即为环形的） ， 它常常与浮力场有相同的形貌。 这表明它具有有效的 “ 反作用性 ” 这是它与水平 Ｓ ， ＭＦ和垂 直Ｓ ＭＦ（ 引起非对称的流动和温度分布）的重要区别和优点。同 Ｓ ＭＦ比较， ＭＦ有更有效 Ｔ 的互作用 （ 耦合）因子 Ｎ （ Ｎ为所感应的 Ｅ ＭＦ与主要的浮力驱动对流力之 比） 。这样，在磁 感应强度 Ｂ小得多的情况下 ，Ｔ ＭＦ也能达到几乎相同的阻尼效率 （ Ｓ ，Ｂ值为 ｌ ～ 对 ＭＦ １Ｔ 而 Ｔ Ｆ 值为 １吨 （ Ｔ ，这就凸现 了其 良 ０； Ｍ ，Ｂ ０ ～１－ ） ） 好的成本效益。ＴＦ Ｍ 情况下 ，小的 Ｂ 值还 可有效而稳定地控制宏观界面形貌。例如，对直径 ２ ｎ ”ＩＰ单晶的 ＶＦ生长，施加 ＴＦ Ｇ Ｍ ，在 ８４ ５Ｔ时可降低 （ ＝ ．ｍ 熔体中）流速并使界面趋于平坦，对 Ｇ ｓ １Ｆ ｏ 的 ３ 生长也有类似的结果。 Ａ Ｇ ＴＦ Ｍ 用于 ｓ 单晶生长也有优点：可使氧沿晶体分布非常均匀 ，优于应用 ＲＦ和 Ａ Ｆ ｉ Ｍ Ｍ。
三维磁性光子晶体的研究进展探讨
三维磁性光子晶体的研究进展探讨磁性光子晶体指的就是将磁性引入到光子晶体之中。
光子晶体是一种人工的微结构，是由介电材料周期性排列形成的。
在周期性介电结构中，光进行传播的时候和电子在其中传播的时候比较相似。
介电常数增大到与光波长相等的时候，介质的布拉格散射就会出现一些带隙，俗称光子带隙。
光子在这种带隙的区域内的传播是被严格的控制的，在宏观的角度上出现反射率比较大而透射率比较小的情况。
磁性光子晶体就是在晶体的基础上具有磁性，能够衍生出更多的性质，衍生的新性质在多个领域中具有很大的应用价值，比如环形器、光信息存储、隔离器等。
1. 三维磁性光子晶体结构磁性光子晶体根据结构的不同大致可以分为三种，分别为一维磁性光子晶体、二维磁性光子晶体和三维磁性光子晶体。
三维磁性光子晶体的结构更加的复杂，制造工艺和流程的要求比较严格，目前的三维磁性光子晶体结构主要有四种：分别为蛋白石结构、反蛋白石结构、磁性核壳结构、仿生结构等。
1.1蛋白石结构蛋白石结构的组成一般为亚微米或者微米，组成排列的形状是六角最密堆积自组装而成。
微球材质中一般都含有二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等物质，其中微球的制备方法因为材质的不同而有所差别，二氧化硅微球的制作方法一般是通过Stber法，聚丙乙烯微球的制作方法一般是无皂乳液聚合法。
微球自组装蛋白石结构的光子晶体方法比较多，目前我们实际中应用比较多的就是提拉法和垂直沉积法。
垂直沉积法是在微球的分散液中插入玻璃基底，溶液都会产生蒸发的作用，在毛细力的作用下，微球会在基底的表面形成六角密堆积排列；提拉法是将基底利用机械臂保持一定速度的上提，从而能够有效地控制基底的生长厚度。
1.2反蛋白石结构反蛋白石结构是在蛋白石结构的基础上进行一系列的加工得到的。
蛋白石结构中微球和微球之间都会产生空隙，反蛋白石结构就是将介电材料添加在这些的孔隙之中，导致原来的微球被剔除，从而产生剩余孔隙填充物的结构。
其中对于填充物的选择种类比较多，可以选择金属氧化物，碳、硅等非金属单质，金属或者有机高分子材料等。
磁光晶体的研究进展及应用
和大尺寸磁光材料提出了越来越高的要求ꎮ
磁光材料有很多种类ꎬ包括磁光晶体、磁光透明陶瓷、磁光薄膜、磁光玻璃、稀磁半导体等ꎬ其中磁光陶瓷和
磁光晶体在近些年来获得了较多的研究[１￣４ꎬ１１￣１２] ꎮ 磁光陶瓷主要由粉末烧结制得ꎬ因此相对容易得到较大的尺
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｈｅｆｅｉ ２３００３１ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ２. Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａꎬ Ｈｅｆｅｉ ２３００２６ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ ｍａｇｎｅｔｏ￣ｏｐｔｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｏｒｓ ｗｅｒｅ
０ 引 言
究
自 １９５０ 年弗里斯蒂等发现正铁氧体磁光材料以来ꎬ各种类型的磁光材料被不断发现并得到了广泛研
[１￣２]
ꎮ 近几十年ꎬ随着光通信技术的迅速发展ꎬ特别是太赫兹通信的兴起ꎬ磁光材料的应用范围得到了进
一步的扩大ꎬ同时推动了新型磁光材料的研究ꎬ促进了磁光器件向低损耗、高灵敏度和小型化方向发展 [３￣４] ꎮ
寸ꎬ并且其热导率与磁光晶体较为接近ꎬ制备成本也不高ꎬ在大口径磁光器件领域显示出了一定的应用潜力[２] ꎮ
磁光陶瓷材 料 方 面ꎬ已 发 展 了 包 括 铽 铝 石 榴 石 ( Ｔｂ３ Ａｌ５ Ｏ１２ )、 铽 镓 石 榴 石 ( Ｔｂ３ Ｇａ５ Ｏ１２ )、 氧 化 忒、 倍 半 氧 化
基金项目:国家自然科学基金(５１７０２３２２) ꎻ国家自然基金青年基金(５１８０２３０７) ꎻ中科院海西创新研究院自主部署项目( ＦＪＣＸＹ１８０３０３０１) ꎻ
晶体生长机理的研究进展
晶体生长机理的研究进展近年来，晶体生长机理的研究成为了材料科学领域中一个备受关注的热点问题。
晶体是由原子、分子或离子组成的周期性排列的结构，其形成受到很多因素的影响，如物理、化学以及热力学等因素。
因此，深入研究晶体生长的机理是建立新型材料和改进已有材料性能的关键。
一、传统的晶体生长机理传统的晶体生长机理可以分为两个阶段:核心形成和晶体增长。
在核心形成阶段，溶液中存在一些原子、分子或者离子偶然聚集在一起，形成一个小结晶体核，这个核具有一定大小和稳定性。
在核心形成后，晶体开始增长。
这个阶段，是一个向核心晶体加入原子、分子或者离子的过程，这些物质会在核心晶体上聚集，不断增加晶体的大小，直到达到所需要的大小。
二、新的晶体生长机理然而，传统的晶体生长机理不能解释一些特殊的现象，如不同方向生长的晶体表面以及晶体生长速度的不同。
在过去的几年中，新的观点被提出，对晶体生长机理做出了一些重要贡献。
1.分子层生长机理在分子层生长机理中，各种分子将按照一定的顺序被吸附到主体表面上，形成一个共价层。
这个共价层会不断增加，直到达到足够的稳定性。
2.两相齐晶生长机理两相齐晶生长机理可以理解为晶体在生长过程中，会形成一个独特的界面，这个界面上有两种不同物质的晶体。
这种生长方式在一些人工合成晶体的研究中得到了广泛应用。
3.晶面生长机理晶面生长机理中，晶体在不同的晶面上生长速度不同。
这种差异可以从晶体空间群的对称性、表面结构以及电荷分析等不同层次去理解。
三、新晶体生长技术的应用新的晶体生长机理不仅是一个理论上的技术革新，它也有很多实际的运用。
人们可以通过这些新技术生产更加均匀而稳定的晶体，从而增强材料的性能。
一种应用新晶体生长技术的实际例子是钻石膜生长。
在传统的钻石膜生长过程中，人们通常采用玄武岩、石英玻璃以及金属板作为工作表面。
这些表面都会对钻石膜的生长产生影响。
例如，在石英玻璃表面生长过程中，钻石膜的生长速度往往比在其他表面上慢。
磁场应用在硅晶体生长过程中的研究进展
ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｙ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｏ ｆ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ
摘要 论述 了磁 场技 术应用于硅 晶体 生长中的基 本概 况 ， 探 讨 了磁 场影响硅 晶体 生长 的机 制 ， 重点 阐述 了各
种磁场的分类 、 基 本原理及其在硅 晶体 生长的应用 ， 并归纳总结 了国 内外磁 场应 用于硅 晶体 生长 中的研 究现状 。另
外， 对 硅 晶体 生 长 中杂 质 的 分 凝 行 为和 数 值 模 拟 作 了 简要 介 绍 ， 并展 望 了磁 场 应 用 于 硅 晶 体 生 长 的 发 展 前 景 。 关 键 词 多晶硅 磁场 杂质 分凝行为 数值模拟 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ １ ４ ． ４
磁 场应 用在 硅 晶体 生 长过程 中的研 究进展 ／ 张发 云等
・ １ ５ ・
磁 场 应 用 在 硅 晶 体 生 长 过 程 中 的 研 究 进 展
张发 云 一， 罗玉峰 ， 李云明 一， 王发 辉 一， 胡 云 ， 彭华厦
（ １ 新余学 院新 能源科 学与工程学 院， 新余 ３ ３ ８ ０ ０ ４ ； ２ 新余学院江西省高等学校硅材料 重点 实验室 ， 新余 ３ ３ ８ ０ ０ ４ ）
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ Ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈｅ
磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴的影响
磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴的影响磁场是一个强大的物理力量，在磁性材料中，它可以对材料的磁性产生重要影响。
具体而言，磁场可以影响材料的磁晶各向异性和磁晶畴。
本文将探讨磁场对磁性材料的这些影响。
1. 磁晶各向异性磁晶各向异性是指磁性材料在不同晶向上具有不同的磁性能。
磁场可以改变磁晶各向异性，从而影响材料的磁性质。
当材料处于无外加磁场状态时，磁晶各向异性主要由晶格结构和自旋排列决定。
然而，一旦外加磁场作用于材料，它可以改变材料的电子轨道和自旋状态，进而改变磁晶各向异性。
2. 磁晶畴磁晶畴是指磁性材料中由有序的磁矩构成的微观结构。
磁晶畴的形成与磁场密切相关。
在无外加磁场状态下，磁性材料的磁矩会随机排列，形成无序的磁晶畴结构。
然而，当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力，使磁矩重新排列，从而形成有序的磁晶畴结构。
3. 磁场对磁晶各向异性的影响磁场可以改变磁晶各向异性。
当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力矩，使磁矩重新排列。
这种重新排列导致了磁晶各向异性的改变。
具体而言，外加磁场可以使磁晶各向异性增强或减弱，甚至可以改变材料的磁易化方向。
这对于磁性材料的应用有重要意义，例如在磁存储器件和磁传感器中。
4. 磁场对磁晶畴的影响磁场也对磁晶畴的形成和演化起到了重要作用。
外加磁场可以改变材料中的磁矩排列，使磁晶畴重新组织。
具体而言，磁场可以增强或减弱磁晶畴的长大速率，影响磁晶畴壁的运动和畴间磁矩的相互作用。
这些变化直接影响材料的磁性能，在磁存储和磁制冷领域具有潜在应用。
综上所述，磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴具有显著影响。
通过改变磁晶各向异性，磁场可以调控材料的磁性能，对磁性材料的应用具有重要意义。
同时，磁场还可以改变磁晶畴的形态和演化，影响材料的磁性质。
随着对磁性材料的研究不断深入，我们对磁场对磁晶各向异性和磁晶畴的影响也会有更加深入的了解，为磁性材料的开发和应用提供更多的可能性。
磁场对CaCO_3结晶过程的影响
V o l .26N o.22000204华 东 理 工 大 学 学 报 Journal of East Ch ina U niversity of Science and T echno logy 收稿日期:1999204212作者简介:罗 漫(1969～),女,四川人,博士研究生,研究方向为水处理技术。
文章编号:100623080(2000)022*******磁场对CaCO 3结晶过程的影响罗 漫3, 陆 柱(华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237) 摘要:研究了磁化对CaCO 3结晶过程的影响。
发现磁处理抑制了晶体的成核过程但加速了晶体的生长,生成晶粒数量少,体积大。
磁场对CaCO 3结晶过程的影响主要是通过成垢阴离子起作用。
磁记忆效应至少可持续72h 。
关键词:磁场;CaCO 3;结晶;晶体成核;晶体生长中图分类号:TQ 085.4文献标识码:A 在工业循环冷却水运行过程中,碳酸钙的沉积是非常普遍的。
据报道,1.5mm 的碳酸钙将增加10%～20%的能耗,12mm 的垢将增加70%左右的能耗,25mm 的碳酸钙垢则可使设备效率下降95%[1]。
这不仅造成操作费用上升,严重时还会导致管道过热而破裂,,造成人身伤害。
磁场对碳酸钙结晶的影响,目前还没有一致的结论。
一些研究者认为磁处理有助于均相成核,加快结晶速度,生成晶粒体积小,数量多。
前苏联以克拉辛为代表的学者基本上持这种观点[2]。
以Donaldson 和H igash itan i [3～4]为代表的研究者则认为磁处理抑制了晶粒的成核过程,生成的晶粒体积大,数量少。
还有一些研究者,如H asson 和B yam son [5],声称磁处理对碳酸钙成核和生长过程均无影响,磁处理没有效果。
可以看出,有关这方面的研究报道是很矛盾的,而且大多是一些定性的结论没有涉及定量研究。
为此,我们进行了以下工作,探讨磁处理对CaCO 3结晶过程的影响。
在磁场下的结晶技术
磁场影响溶液结晶过程研究进展工业结晶技术是跨学科的分离与生产技术，20年来在国际上取得了突出的进展。
不仅传统工业结晶操作技术与设备在不断更新，而且新兴行业，如生物工程与生命科学、材料工业、催化剂制造、能源与环境、信息与通讯、电子行业也都离不开结晶技术。
工业结晶作为跨世纪发展的化工技术，已成为21世纪高新技术发展的基础手段之一。
影响整个结晶过程的因素很多，如溶液的过饱和度、杂质的存在、搅拌速度以及各种物理场等。
在工业结晶器中，追求高的晶体生长速率是为了提高设备的生产能力，但实际上晶体生长速率通常受到所要求的晶体产品质量或设备结垢等问题的限制，不允许采用提高过饱和度来提高生长速率，要在适当的过饱和度下，寻求其他方法去推动晶体生长过程。
应用磁场强化处理可望推动晶体生长过程，缩短结晶时间，提高设备的生产能力和产品质量。
但磁场处理也可抑制溶液的结晶。
本文就磁场影响溶液结晶的研究进展情况进行论述。
1结晶的基本原理[1]溶液结晶过程是物质从液态转变为结晶态的过程，要经历2个步骤:结晶成核和晶体生长。
结晶成核是在过饱和溶液中生成一定数量的晶核，在晶核的基础上成长为晶体，则为晶体生长。
结晶成核的速率公式为J N=Kexp[-A/(ln)2]。
式中J N——单位时间单位体积形成晶核的数量，可以用过饱和比的函数表示;K——动力学系数;A——能量项能级。
过饱和比定义为实际溶液浓度c与平衡浓度c s比值。
K值与溶解性有关。
对一个给定的过饱和比,溶解度越大,成核速率越大。
根据扩散理论晶体生长速率为J C=k(c-c s)nk——传质系数;n值在1~2之间。
由此可知，成核速率和结晶生长速率都依赖于溶液的浓度，因此物质的结晶受浓度控制。
当浓度低于c s，溶液未饱和，不可能结晶;浓度在c s和c s*(溶液中晶体出现时的有效浓度)之间，体系为亚稳定状态，除非过饱和比大于1，否则成核速率太低，而不能形成晶体。
但是如果在溶液中加入晶种，它即会生长。