正电子谱学及其应用.ppt

《正电子谱学及其应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、理学院周先意正电子谱学及其应用——谨以此文献给赵忠尧先生诞辰100周年李政道教授在赵忠尧先生百年纪念会上发言（摘录）赵忠尧老师是中国核物理的开拓者，也是中国近代物理学的先驱者之一。1929年他在美国加州理工学院从事研究工作，观察到硬伽玛射线在铅中引起的一种特殊辐射，实际上这正是由正负电子湮没产生的伽玛射线，所发现的的伽玛射线的能量恰好是电子的静止质量(0.5MeV)李政道教授在赵忠尧先生百年纪念会上发言（摘录）赵老师的这一实验是对正电子质量的最早测量！从实验所测量的伽玛射线能量证明了正负电子对的湮没辐射，也是正电子存在的强有力的证明。这是

2、人类在历史上第一次观测到直接由反物质产生和湮没所造成的现象的物理实验。（也就是说，人类历史上第一个正电子湮没实验——赵忠尧先生做的）李政道教授在赵忠尧先生百年纪念会上发言（摘录）Anderson因正电子的发现获得Nobel奖（1932）两年前瑞典皇家学会的Ekspong教授告诉我，当时瑞典皇家学会曾郑重考虑过授予赵老师Nobel奖。不幸，有一位在德国工作的物理学家在文献上报告了她的结果和赵老师的观察不同，提出了疑问。当然，赵老师的实验和观察是完全准确的，错误的是提出疑问的科学家。可是……。报告纲要正电子谱学原理正电子谱学基本实验技术应用举例

3、一正电子谱学基本原理正电子正电子湮没双光子湮没n=2一正电子谱学基本原理（续）正电子寿命湮没光子的能量和Doppler展宽湮没光子的角关联一正电子谱学基本原理（续1）正电子源*放射性同位素*单能慢正电子束一正电子谱学基本原理（续2）一正电子谱学基本原理（续3）正电子湮没技术（70年代）正电子湮没谱学（80年代）正电子谱学（90年代后期）正电子谱学的主要特点：1.对固体中原子尺度的缺陷研究和微结构变化十分敏感，是其他手段无法比拟的。2.对研究材料完全无损伤，可进行生产过程中的实时测量，能够满足某些特点的测量要求。3.理论比较完善，可以精确计算很

4、多观测量同实验进行比较。4.固体内部的信息由光子毫无失真的带出，对样品要求低，不需特别制备或处理，不受半导体导电类型和载流子浓度等因素影响。5.作为电子的反粒子，正电子容易鉴别，又能形成电子偶素，可以替代电子探针来获得材料中更多的信息，在许多实验中能够大大降低电子本底。二.正电子谱学基本实验技术1.正电子寿命谱2.湮灭能谱的Doppler展宽及其S参数3.湮没辐射的角关联4.慢正电子束慢正电子束慢正电子束装置单能正电子的注入深度正电子扩散慢正电子束——正电子慢化体Slowpos-USTC：装置示意图Slowpos-USTC：测量和控制系统慢正

5、电子束特点：1.可探测真实表面（几个原子层）的物理化学信息2.探测物体内部局域电子密度及动量分布3.可获得缺陷沿样品深度的分布单能正电子平均注入深度的经验公式：三.正电子谱学应用之一OpenvolumedefectsofsuperconductingthinfilmYBa2Cu3O7-高温超导体中空位型缺陷不仅是不可避免的，而且也是必须的外延薄膜的临界电流密度比相应的块材单晶高约三个量级单能慢正电子束—研究薄膜空位型缺陷的有效方法空位型缺陷与沉积条件的关系OpenvolumedefectsofsuperconductingthinfilmY

6、Ba2Cu3O7-XYZhouetal,JPhys.CM9,L61Phys.Rev.B54,1398Phys.Lett.A225,143PhysicaC281,335相同空气分压，衬底温度越高，正电子平均寿命越小相同衬底温度，空气分压越高，正电子平均寿命越大空位型缺陷的正电子寿命(360ps)不变Ts(C)Pa(mtorr)Tau2(ps)I2(%)Tc(K)76042032616.98473042032746.98873025032536.6<7774058032526.590.874053032618.691Summary空位型缺陷

7、的类型与沉积条件无关相同空气分压，衬底温度越高，缺陷越少；相同衬底温度，空气分压越高，缺陷越多空位型缺陷对应的是阳离子空位及其复合体正电子寿命的温度依赖关系平均寿命随温度的降低而降低正电子寿命的温度依赖关系（续）I2随温度的降低而降低正电子寿命的温度依赖关系（续1）Tau2随着温度的降低而升高（块材）平均寿命随温度的降低而升高正电子寿命的温度依赖关系（续2）正电子寿命的温度依赖关系（续3）（块材）Tau2与和掺杂量温度无关Summary深浅捕获中心共存深捕获中心（缺陷）在低温下有长大的趋势，可能形成心的磁通钉扎中心结论高温超导薄膜中存在两类缺

8、陷浅捕获中心——位错、孪生晶界等深捕获中心——阳离子空位及其复合体阳离子空位及其复合体的尺度与沉积条件无关低温下，缺陷有长大的趋势四.正电子谱学应用之二分子束外延