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飞秒激光调控晶体材料光学非线性的研究进展

光学学报 2024年第17期44卷 242-257页

作者：张彬陈峰山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室

非线性晶体是非线性光学领域中实现波长/频率转换的重要载体。通过周期性地调控非线性晶体的光学非线性，可以按需制备多种非线性光子晶体结构，从而实现特定波长激光高效频率转换和非线性光束整形等应用。飞秒激光直写技术具有精度高... 详细信息

非线性晶体是非线性光学领域中实现波长/频率转换的重要载体。通过周期性地调控非线性晶体的光学非线性，可以按需制备多种非线性光子晶体结构，从而实现特定波长激光高效频率转换和非线性光束整形等应用。飞秒激光直写技术具有精度高、速度快以及真三维加工等特点，在材料微纳加工领域得到了广泛的应用。用透镜或显微物镜将飞秒激光聚焦到非线性晶体内部，可以对激光焦点处的晶体非线性进行调控；通过设置并优化飞秒激光加工参数，能够实现特定三维非线性光子晶体的快速高效制备。本文从非线性晶体的光学非线性调控、飞秒激光直写技术出发，简要介绍了飞秒激光直写非线性光子晶体的最新研究进展，并对几个潜在的研究方向进行了展望。

关键词：超快光学微纳加工飞秒激光直写晶体材料非线性频率转换

原位加热诱导Nb扩散引起Nb_(0.8)CoSb有序度的转变

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物理学报 2024年第11期73卷 273-279页

作者：李其柱范浩涵高梓恒南鹏飞朱铁军葛炳辉安徽大学物质科学与信息技术研究院信息材料与智能感知安徽省实验室合肥230601 浙江大学材料科学与工程学院硅及先进半导体材料全国重点实验室杭州310027

本文以覆盖Nb薄膜的半赫斯勒合金Nb_(0.8)CoSb为研究对象,成功利用原位加热透射电镜技术在高温下诱导Nb扩散,致使Nb_(0.8)CoSb转变为有序度更高的Nb_(0.8)+δCoSb,即倒空间漫散带代表的短程有序结构转变为超结构衍射点代表的长程有序结... 详细信息

本文以覆盖Nb薄膜的半赫斯勒合金Nb_(0.8)CoSb为研究对象,成功利用原位加热透射电镜技术在高温下诱导Nb扩散,致使Nb_(0.8)CoSb转变为有序度更高的Nb_(0.8)+δCoSb,即倒空间漫散带代表的短程有序结构转变为超结构衍射点代表的长程有序结构.进一步的分析表明,这种超结构的调制波矢为q=(a~*+b~*-c~*)/3,其形成主要源自于Sb和Nb组分的变化.与离位合成的Nb_(0.8)4CoSb的微观结构进行对比,发现二者中超结构不同,这种超结构的调制波矢为q=(2a~*-2c~*)/3,主要源自于Nb组分的变化.此项研究揭示了组分导致超结构的多样性以及半赫斯勒合金结构相变的复杂性,丰富了对半赫斯勒合金材料的理解,对相变材料的设计以及功能调控具有重要指导意义.

关键词：固态相变原位加热短程有序半赫斯勒合金

雾化学气相外延法异质外延Ga_(2)O_(3)薄膜的生长特性

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 373-380页

作者：谢佳慧穆文祥李竹程李光清李阳贾志泰陶绪堂山东大学晶体材料国家重点实验室新一代半导体材料研究院晶体材料研究院济南250100 山东省工业技术研究院济南250100

氧化镓各晶相的应用广泛,亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜,通过优化工艺条件实现了物相调控,... 详细信息

氧化镓各晶相的应用广泛,亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜,通过优化工艺条件实现了物相调控,系统研究了外延膜的结晶质量、组分和表面形貌,以及生长速率变化规律。同时,探究了Mist-CVD生长系统中,Ga_(2)O_(3)外延膜的晶体成核及晶相控制机理。在原有α-Ga_(2)O_(3)生长工艺的基础上,制备了α/ε混相薄膜、ε-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜,呈三维岛状生长模式。在ε-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜的基础上,随着氧气流量的增加,结晶质量先稳定后下降,生长速率先增加后降低,最高达到3μm/h。通过退火,获得了β-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜,表面粗糙度由10.80 nm降低至5.42 nm。在利用Mist-CVD法进行不同晶相外延调控及其生长机理研究方面具有一定借鉴意义。

关键词：氧化镓异质外延雾化学气相沉积法蓝宝石衬底

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磁声耦合:物理、材料与器件

物理学报 2024年第5期73卷 1-23页

作者：陈崇马铭远潘峰宋成清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积... 详细信息

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积小、成本低和性能稳定等多方面的优势,在移动通信等领域得到了广泛应用.受益于成熟的制造工艺和确定的共振频率,声波已逐渐成为操控磁性和自旋的有力手段,这一领域正朝着小型化、超快和节能的自旋电子学器件应用迈进.将磁性材料集成到声学射频器件,也开辟了对声学器件调控方法和性能提升的新思路.本综述首先梳理了各种磁声耦合的物理机制,并在此基础上系统介绍了声控磁化动力学、磁化翻转、磁畴和磁性斯格明子产生及运动、自旋流产生等一系列磁性和自旋现象.同时也讨论了声控磁的逆过程——磁控声波的研究进展,包括声波参数的磁调控和声波的非互易传播,以及基于此开发的新型磁声器件,如磁传感器、磁电天线、可调谐滤波器等.最后展望了磁声耦合未来可能的研究方向和潜在的应用前景.

关键词：磁弹耦合声控磁性磁控声波磁声器件

低温高应变量衬板控轧高固溶Al-Mg合金高强塑性与高热稳定性机制

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金属学报 2024年第4期60卷 473-484页

作者：田滕查敏殷皓亮花珍铭贾海龙王慧远吉林大学材料科学与工程学院汽车材料教育部重点实验室长春130025 吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012 吉林大学未来科学国际合作联合实验室长春130012

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597... 详细信息

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597 MPa、延伸率约7.7%)和高热稳定性的高固溶Mg含量Al-9Mg合金。利用EBSD、TEM、硬度测量和拉伸实验等方法系统研究了Mg含量对CHR-HPR Al-Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:CHR-HPR Al-9Mg合金中高含量固溶Mg原子与低温变形促进合金中形成了高密度位错及小角晶界,显著提高合金的屈服强度;高含量固溶Mg原子与可动位错交互作用引起的动态应变时效导致合金加工硬化能力提高,进一步提高了合金的抗拉强度和塑性。此外,在再结晶退火过程中,高含量固溶Mg原子有效地抑制位错滑移、钉扎晶界,延缓回复与再结晶的发生。因此,CHR-HPR Al-Mg合金热稳定性随固溶Mg含量增加而显著提高,其中CHR-HPR Al-9Mg合金再结晶温度达到400℃。

关键词： Al-Mg合金低温衬板控轧加工硬化力学性能微观组织再结晶

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不同长径比的具有固定宽度金纳米棒的合成

物理化学学报 2024年第5期40卷 60-63页

作者：贺鸿鹏张萌萌郝梦娇杜伟夏海兵山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 烟台大学环境与材料工程学院山东烟台264005

金纳米棒在光学、电学、信息学和生物医学等领域具有广泛的应用。然而,一些具有特殊要求的金纳米棒还不能通过常规的方法制备。在本研究中,我们创新地将十二醇(LA)分子引入到传统种子生长方法中,成功实现了具有固定宽度的不同长径比(AR... 详细信息

金纳米棒在光学、电学、信息学和生物医学等领域具有广泛的应用。然而,一些具有特殊要求的金纳米棒还不能通过常规的方法制备。在本研究中,我们创新地将十二醇(LA)分子引入到传统种子生长方法中,成功实现了具有固定宽度的不同长径比(AR)金纳米棒(FW-Au NR)的按需制备。此外,通过合理地选择相应的反应条件(如氯金酸和硝酸银的浓度),可以在130–38.4,109–26.4和16–46 nm范围之间分别调节FW^(23)-Au NRs,FW^(14)-Au NRs和FW^(6.5)-Au NRs (右上角的标注数字表示金纳米棒的宽度)的长度。即,可在一个较大的长度范围内调节具有固定宽度的金纳米棒的长径比。并且,在合适浓度的十二醇,0.24–0.30 mmol·L^(-1)范围内调节硝酸银浓度,可以使这些金纳米棒的宽度固定在6.5–23 nm之间。另外,实现FW-Au NRs制备的关键是银离子和十二醇分子对分布在金种子晶面上的CTA-Br-Ag^(+)化合物的密度的协同影响。

关键词：金纳米棒十二醇固定的宽度对称性打破效率有效颗粒数

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限域条件下氮分子的高温高压诱导聚合

物理学报 2024年第8期73卷 237-243页

作者：郭琳琳赵梓彤隋明宏王鹏刘冰冰吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼... 详细信息

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼散射光谱表征技术研究不同含氮量限域体系的高压诱导氮聚合及聚合氮结构的卸压稳定性.研究表明,在高含氮量的体系中,限域到氮化硼纳米管内的N_(2)与非限域的N_(2)的拉曼特征振动峰表现出不同的拉曼光谱压力响应行为.在123 GPa压力下,利用激光加热诱导氮分子间聚合,生成cg-N聚合氮结构.卸压过程中,未被限域的cg-N在40 GPa左右发生爆炸性分解,分解产生的能量影响了限域cg-N的稳定性,使其同样发生分解.环境压力下限域N_(2)可能以液态形式稳定存在.在低含氮量限域体系中,高温高压下限域N2结晶生成了含有N=N双键的晶体结构,其中的N=N双键有两种长度,分别接近N_(3)阴离子及N_(4)^(+)团簇中N=N双键的键长.在卸压过程中这种结构可以稳定至25 GPa.

关键词：限域聚合氮高温高压

聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

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无机材料学报 2024年第6期39卷 681-690页

作者：张育育吴轶城孙佳付前刚西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合... 详细信息

聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势,在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足,SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高,借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13.5%(质量分数),生成HfO_(2)和SiO_(2),使其最低反射损耗(Reflection loss,RL_(min))仅为–13.8 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth,EAB)仅为0.42 GHz。相比于SiHfCN,含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相,SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了1.4~1.8和2.7~3.9倍,RL_(min)分别为-50.6、-57.3和-63.5 dB,EAB分别为3.53、3.99和4.01 GHz,吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了HfO_(2)的生成,增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了B–N和B–C键,且析出的纳米棒状HfSiO_(4)提供了更多的异质界面,增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N–C键数量增加,强化了偶极子极化损耗,同时生成纳米碳片,不仅可以增强电导损耗,而且提供大量界面,改善了阻抗匹配并增强了界面极化,因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

关键词：聚合物转化陶瓷聚氮硅烷超高温陶瓷吸波性能

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单胶束定向组装合成介孔材料

科学通报 2024年第16期69卷 2110-2129页

作者：艾研杨超超盖甜雨封佳佑李伟复旦大学化学系先进材料实验室上海市分子催化与创新材料重点实验室聚合物分子工程国家重点实验室上海200433

历经30多年的蓬勃发展,功能介孔材料已经形成了一个庞大的材料家族,包含多种组分与结构.以表面活性剂或嵌段共聚物为模板,能够通过合理地调控组装过程来精确地调节介观结构,是制备介孔材料的主要方法.在该方法中,表面活性剂或嵌段共聚... 详细信息

历经30多年的蓬勃发展,功能介孔材料已经形成了一个庞大的材料家族,包含多种组分与结构.以表面活性剂或嵌段共聚物为模板,能够通过合理地调控组装过程来精确地调节介观结构,是制备介孔材料的主要方法.在该方法中,表面活性剂或嵌段共聚物分子首先自组装形成单个胶束或胶束聚集体,然后与框架前驱体组装形成有序的介观结构.本文重点讨论单胶束纳米结构的制备、单胶束基元与框架前驱体的组装以及界面诱导单胶束组装合成介孔材料这3个方面,旨在提高读者对单胶束的形成过程、胶束的组装以及有序介观结构生成机制的理解.最后,本文简要指出该领域存在的主要问题和挑战,探讨单胶束定向组装合成介孔材料可能的发展方向与机遇.

关键词：软模板单胶束自组装介孔材料