《低熔點金屬及合金薄膜液態光學性質的實驗和理論研究》是依託復旦大學，由鄭玉祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低熔點金屬及合金薄膜液態光學性質的實驗和理論研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭玉祥
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬薄膜在信息領域中套用廣泛，如用作導電膜、存儲膜等，隨著器件尺度減小，金屬的熔點下降，當器件在一些高溫環境套用時，金屬薄膜將熔融甚至液化，但目前關於金屬薄膜液態性質的研究仍很有限，因此研究有關液態金屬及合金材料的微觀結構、光學性質，以及固/液相變化過程的規律具有科學意義和套用價值。本項目擬通過採用電子束蒸發等工藝，在真空條件下製備系列低熔點金屬（如Sn、In）膜及其合金膜樣品；採用X-射線衍射、原子力顯微鏡等方法表征所製備的金屬膜及合金膜的物理性質及結構特性；採用變溫橢圓偏振光譜技術獲取固相及液相金屬膜及合金膜的光學常數譜；並結合第一性原理計算來研究低熔點金屬Sn、In等及其合金的液態光學性質以及固/液相變特性和物理機制，通過對這些較低熔點的金屬及合金的研究，探索液態金屬的光學性質及相變特性，為進一步研究其它高熔點金屬的液態光學性質提供具有參考價值的技術方法和理論模型。
結題摘要
金屬薄膜套用非常廣泛，但目前關於金屬薄膜液態性質的研究仍很有限，因此研究有關液態金屬及合金材料的固/液相變化過程的規律及液態光學性質具有科學意義和套用價值。本項目利用電子束雙源共蒸發方法製備銦、錫、鉍及其合金薄膜樣品，用X射線衍射（XRD）技術和原子力顯微鏡（AFM）對所有樣品進行表征。採用橢偏光譜儀獲取不同溫度下薄膜樣品的光學常數譜。通過基於第一性原理的密度泛函理論，計算得到材料的能帶結構及光學性質。主要內容分包括：（1）研究了錫合金薄膜樣品在可見光區的光學性質隨組分變化規律。從光學常數的變化可以清楚看出隨組分發生的固-固相變，而這種相變源於特定的微結構變化。由於納米多晶顆粒薄膜晶格常數不同於體材料，使其相圖不同於體材料。通過基於第一性原理的密度泛函理論，計算得到了4種不同組分材料的能帶結構，從電子能帶結構的變化研究了合金效應。（2）研究了不同顆粒尺寸銦顆粒薄膜固/液相變過程及液態光學性質。發現顆粒在42.4 nm和 44.9 nm之間存在臨界尺寸，當顆粒尺寸大於臨界尺寸時，顆粒具有確定的熔點，其值幾乎與體材料的相同。而當顆粒尺寸小於臨界尺寸時，並不存在確定的熔點，定義膝蓋點為平均熔點,其平均熔點表現出尺寸的依賴性，隨著顆粒尺寸變小而降低，其機制可用液體表層熔化模型解釋。（3）研究了鉍（Bi）薄膜的光學性質從固態到液態的演化。橢偏光譜研究結果發現鉍薄膜的固液相轉變溫度在262°C，表明Bi膜在270°C時呈現液相。在光學性能方面，Bi膜固液相差異明顯。固相Bi膜，存在豐富的帶間躍遷，並且自由電子的密度低。液相Bi膜的光學性質主要依賴於自由電子而不是束縛電荷的偶極振盪，並表現出類似金屬的行為。通過對這些較低熔點的金屬及合金的研究，探索液態金屬的光學性質及相變特性，為進一步研究其它高熔點金屬的液態光學性質提供具有參考價值的技術方法和理論模型。同時本工作還表明橢圓偏振光譜是表征納米級金屬顆粒及薄膜熔點光學性質及固液相變的一種有效方法。
