高壓下的晶界性質與行為

《高壓下的晶界性質與行為》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：高壓下的晶界性質與行為
• 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

在由晶體顆粒構成的物理體系中，晶界的作用非常關鍵。晶體的物理性質在晶界上突變，能導致體系出現完全不同於單晶的新功能和新性質。控制和設計晶界，已經成為製備具有優異性質和新功能材料的重要途徑。壓力能夠改變原子間距，引起晶體結構和物理性質的變化，同時也會改變晶粒間的相互作用，導致晶界結構和性質的改變。利用壓力干預晶界的相互作用，採取有效方法在晶界形成和變化中捕捉晶界信息，能夠發現晶界的本質特性、變化規律，揭示晶界與巨觀性質的聯繫。本項目將以典型的元素半導體、化合物半導體和鈣鈦礦介電晶體為研究對象，參照化學式和晶粒尺度序列，採用基於金剛石對頂砧的高壓原位物理量測量方法，系統研究晶界結構、電輸運行為和介電回響隨溫度壓力的變化特徵和規律，從晶界結構、電導率、介電常數、遷移率和載流子濃度等與晶界效應密切相關的物理量入手，從多角度認識晶界在壓力作用下的結構、物理性質的變化規律及在整體性質中的貢獻和機制。

結題摘要

在由晶體顆粒構成的物理體系中，晶界的作用非常關鍵。晶體的物理性質在晶界上突變，能導致體系出現完全不同於單晶的新功能和新性質。控制和設計晶界，已經成為製備具有優異性質和新功能材料的重要途徑。壓力是將細小晶體製備成體材料的熱力學條件，能夠引起晶體結構和物理性質的變化，改變晶界結構和性質，最終決定材料的性質。利用壓力干預晶界的相互作用，發現晶界在壓力作用下的變化規律，揭示晶界與巨觀物理性質的聯繫對於凝聚態物理和材料科學都是重要的研究課題。本項目對半導體與介電粉晶、納米低維材料為研究對象，從晶界密度與結構表征以及電導率、阻抗譜、介電常數、載流子行為等與晶界作用密切相關的物理量的高壓原位測量入手，系統研究了高壓下這些體系的物理性質隨壓力的變化以及其中的晶界效應，發現了系列新現象、新規律和新效應。 壓力會導致粉晶體系晶粒細化，引起晶界密度增大；晶粒會以旋轉的方式釋放因擠壓產生的應力並形成新的晶界，使體系的各向同性得到明顯改善；晶界會出現壓致重構使載流子在晶界處的輸運行為發生改變；晶界處被發現會形成類pn結的空間電荷勢或雙肖特基勢壘。多數粉晶體系、納米體系和二維晶體都存在晶界效應。對於微晶和納米晶，晶界會導致相變壓力、載流子行為和各種能量的改變，導致體系巨觀物理性質發生變化；壓力導致的晶界重構會顯著降低介電損耗；晶體的介電回響被發現會由晶界完全決定。對於二維層狀材料，壓力導致的層間滑移以及層面扭曲會導致新的物理效應出現。如層狀In2Se3中的層間滑移會導致新類型的等結構相變，新發現的反常超導擴展效應也與層間滑移和扭曲相關；ReS2被發現在壓力作用下發生層間無序堆垛到有序堆垛的相變，這對於層狀材料層間排列有序化提供了有價值的啟示。 以上研究結果揭示了晶界在壓力作用下的形成、演化規律以及晶界與材料巨觀性質之間的聯繫，所獲得的研究結果對凝聚態物理和材料物理研究有參考價值，也對材料物理性質設計、控制以及材料加工工藝有參考價值。