《金剛石對頂砧內高壓下的電導率原位測量新方法》是依託吉林大學，由高春曉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金剛石對頂砧內高壓下的電導率原位測量新方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高春曉
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金剛石對頂砧是高壓科學研究中普遍使用的靜高壓產生裝置。利用金剛石的透明特性，幾乎所有與光譜相關的高壓下原位探測都可以藉助金剛石對頂砧來實現。然而，在基於金剛石對頂砧的高壓下原位電學性質測量方面，還有一些關鍵的方法和技術問題有待解決，其中電導率的準確測量是重要的環節和基礎。目前，採用四探針方法是測量電導率的唯一方法。但是在高壓條件下，由於金剛石對頂砧內空間狹小，四探針方法所需的實驗條件無法滿足，必須進行修正才能得到準確的數據，這導致樣品的尺寸成為電導率計算必須使用的參數，需要在高壓下進行原位測量。這些量的測量不但難度大，而且不可避免引地入誤差，影響測量精度。本次申請擬採用新方法，來克服高壓下樣品尺寸的原位測量問題，即通過在金剛石壓砧上增加參考電極，藉助連續介質的有限差分方法，利用多組邊界條件，在電導率求解過程中直接消除樣品厚度、尺度的影響，建立準確可靠的高壓下電導率測量方法。
結題摘要
樣品腔空間狹小是金剛石對頂砧（DAC）的主要特徵。在進行電阻率測量時，傳統的四探針方法所需的實驗條件無法滿足，不能直接使用。因此，對傳統測量方法的改革和修正是必不可少的。本項目的主要構想是基於DAC建立新的電阻率測量方法，克服電阻率準確測量的各種障礙，實現DAC高壓下原位電導率的準確測量。 根據DAC的軸對稱特點，我們建立了新的雙電極模型。在金剛石砧面上製備圓形金屬薄膜電極並進行絕緣處理，以金屬墊片為另一個測量電極，進而構成軸對稱的新的雙電極構型。採用新的雙電極構型，有效消除了電信號測量的旁路效應，保證了測量的準確性。根據這一新方法的特點，我們編制了高壓下電阻率測量軟體，只需代入電流電壓和樣品的尺寸參數，就可以直接得出高壓下電阻率的數據，簡化了數據處理過程。此外，這一方法使用了軸對稱的雙電極構型，與同軸電纜的構型接近。當電極和樣品直徑比較小時，新構型能夠在交直流兩種激勵方式下進行電信號的測量，這對於同時表征高壓下樣品的直流回響（電阻率、磁阻、熱阻係數）和交流回響（阻抗譜、介電常數、介電損耗、界面效應）非常重要，為從多角度揭示高壓下樣品的電輸運特性提供了手段。 在此基礎上，為實現高壓下樣品的厚度和直徑的自動識別，我們又設計了一個新的軸對稱三電極電阻率測量方法。新方法在一個金剛石壓砧表面通過薄膜氣相沉積方法製備出一個中心圓電極和與之有共同對稱中心的參考電極，並實現彼此絕緣形成雙電極構型；而第三個電極仍然以金屬樣品腔內壁替代，有效利用金屬樣品腔與樣品的自然接觸進行測量。與此同時，我們為這個新的三電極方法編制了測量軟體，只需輸入金剛石壓砧上電極的尺寸和高壓下原位測量的電流、電壓值，就可以直接獲得電阻率測量結果。新方法避開了高壓下樣品尺度的原位測量，消除了相應的測量誤差，簡化了電阻率測量流程，提高了測量精度。 需要指出的是，以上兩個新技術方法均保留了DAC高壓下光譜測量的兼容性，能夠在進行高壓下電阻率等電學量測量的同時進行X光衍射和Raman散射等與樣品結構分析相關的譜學測量，這為把樣品的結構相變和電輸運行為聯繫起來提供了方法。 以上是本項目取得的主要技術研究成果。利用這些新的技術方法還研究了一系列化合物半導體在高壓下的電輸運行為。項目研究期間共發表學術論文21篇，獲準國家發明專利3項，申報4項，獲得吉林省科技進步獎二等獎１項，在會議邀請報告４次
