正电子概况VII 正电子技术在材料科学 中的应用 叶邦角 LNSP 核固体物理研究室 Laboratory of Nuclear Solid State Physics, USTC
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内容提要 晶体的缺陷 金属 半导体/超导体 薄膜/界面/多孔材料 多聚物/Ps化学 纳米材料/巨磁阻/量子点
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®引言 随着现代材料制备技术和微加工技术的发展， 人们已经能够把体系的缩小到接近或小于各种表 征固体物性的特征长度，从而为凝聚态物理提供 了全新的研究体系-低维、介观体系。 介观体系中的各种量子化效应、非定域量子相 干、量子涨落与混沌、多体关联和非线性效应等 等正成为凝聚态物理的前沿领域
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正电子技术的优越性 e 。钟电镜、卢瑟福背散射、中子衍射、深能级 瞬发谱、二次离子谱等，虽然各自给出了许多有价 值的结果，但这些方法基本上不能给出原子尺度局 域缺陷及微观物相变化的信息，也无法探测表面最 外面几层原子的状况，并且多为破坏性测量或造成 较大的辐照损伤。 正电子技术是一种无损和高灵敏的探测技术 对复杂材料的分析具有明显的优越性。正电子探针 已在基础研究中发挥了巨大的作用，广泛地应用于 研究凝聚态材料、介孔材料、半导体和超导体、纳 米材料、高聚物化学、量子信息等学科，同时也在 工业方面有着巨大的应用潜力，受到各国科学接和 工业界的重视
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Resolved Defect Size Defect Concentration STM/AFM 1m STM/AFM 县 10 100 1 TEM ZIS 153J2 PSAJOs OM 10 X-aY Scatering TEM X Mech 1000 100 Sc attering Positmn S pectroscopy a Positmn Spectroscopy 1按m 1A10 10910001μ101D01001cm IA 101010001L101001001cm Depth Depth Positron lifetime spectroscopy can resolve size,concentration and distribution of free volum e holes and depth or sampling volume
正电子技术的优越性 对缺陷及原子尺度的微结构变化极为灵敏； 无损探测； 可探测真实表面 (几个原子层)的物理化学信 息； 探测物体内部局域电子密度及动量分布； 正电子是电子的反粒子，容易与电子分辨，又可形 成电子偶素； 慢正电子技术具有能量可调性，因而可获得缺陷 或结构不均匀性沿样品深度的分布
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I.晶体的缺陷
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“完美”晶体其晶格排列 周期性. “好”的晶体偏离完美晶 体很少，例如单晶硅可以在 mm量级无瑕疵： 同时，半导体工业， 缺陷是非常重要的. 缺陷可以给出一些新 的特性，而这些特性 又是非常重要的
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非晶原子结构
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晶体的取向 Crystals are characterized by a unit cell which repeats in the x,y,z directions. (100)plane (110)plane 111川 [110 (111)plane I1001
ԧⱘপ Crystals are characterized by a unit cell which repeats in the x, y, z directions
