高压下非晶硒和液体镓的相变研究

摘要

元素硒与镓作为重要的半导体材料，它们在高压下的结构变化丰富，一直是高压研究领域的热点。这两种材料在常温常压条件下都会呈现非晶的形态，不同的是，硒是以固态非晶的形态存在，而镓在303K时会熔化为液体。
　　在此前人们已经对非晶硒与液体镓的压致晶化过程有了许多的研究，这些研究主要集中在晶体方面，我们的实验将着重于研究这两种元素在加压过程中的非晶形态。在之前的研究中，非晶硒在加压到10.4GPa的晶化过程中出现的中间态一直没有得出详细的结论；同时在对液体镓加压到2.0GPa的过程中，有两个不同的研究组，在利用高能X射线PDF（pair distribution function）方法研究液体镓的配位键数目以及体积与密度的变化进而得到液体镓的结构变化时，得出了相差较大的结论。
　　本课题我们将利用高压X射线显微层析技术直接得到液体镓在压强增大时其体积密度的变化，结合之前人们的研究给出液体镓在加压到2.0GPa时其结构变化的高能X射线PDF方法研究给出的结果，给出关于液体镓结构研究的正确结论。从实验结果计算直接得到的体积密度随压强变化的数据中发现，数据与O.F. Yagafarov等人进行PDF模拟时用到的体积密度随压强的变化十分接近，因此我们认为O.F. Yagafarov等人给出的液体镓在加压到2.0GPa时所发生的结构变化分析是正确的。
　　同时我们将利用高能X射线PDF方法研究非晶硒在高压下晶化的的具体过程，结合之前关于非晶硒的X射线显微层析结果，给出非晶硒在晶化之前出现的中间态以合理的解释。经研究发现，非晶硒在加压过程中，出现的中间态的配位键的数目及长度都接近于单斜硒，而与三方硒等其他结构都有较大差距，且其密度变化接近于单斜硒，因此我们认为，非晶硒在晶化过程中出现的中间态是一种类似于单斜硒的亚稳态结构。在结晶之前发生的结构变化为一种非晶到非晶的相变。
　　在我们的研究中高压X射线显微层析技术和高能X射线PDF方法在研究非晶物质结构中组合应用，在以后的研究中，可以成为有效的实验方法。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 硒和镓的国内外高压研究进展

1.2.1 硒的研究历史和研究现状

1.2.2镓的国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 高压X射线显微层析技术和高能X射线衍射

2.1 引言

2.2 高压X射线显微层析技术

2.2.1 高压X射线显微层析技术介绍

2.2.2 高压X射线显微层析技术原理

2.3 高能X射线PDF(pair distribution function)方法研究

2.3.1 高能X射线PDF方法介绍

2.3.2 蒙特卡洛方法原理

第3章 液体镓的结构研究

3.1 引言

3.2 液体镓的高压X射线显微层析实验

3.3 本章小结

第4章 非晶硒的结构研究

4.1 引言

4.2 高能X射线PDF方法实验研究

4.2.1 非晶硒的高能X射线PDF方法实验

4.2.2 非晶硒的XRD衍射图

4.2.3 非晶硒的高能X射线PDF

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他研究成果

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致谢