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《吉林大学》 2011年
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高压下石墨、C_(60)和Cu_2O的电学性质

刘才龙  
【摘要】:本文采用高压原位物理量测量方法,对碳的系列同素异构体和不同结晶取向的Cu_2O进行了系列高压物性研究,发现了一系列新的物理现象和规律;创立了一种新的,面向腐蚀性和超硬样品高压电输运研究的薄膜电极制备方法和工艺,拓展了高压原位电性测量技术的应用领域。 利用纳米引晶、光刻技术、化学气相沉积、和离子束刻蚀等技术,在金刚石对顶砧上制备出硼掺杂金刚石薄膜电极阵列。在此基础上,利用纳米金刚石微粉制备出样品腔,为高压下腐蚀性和高硬度样品的原位电学量测量创造了实验手段。 用两个循环加压至34GPa的方式对石墨样品进行了高压原位电学测量,发现第一个和第二个循环的相转变压力分别为15.1GPa和17.9GPa。经过细致的SEM影像分析,确认了石墨样品粒度细化影响后石墨相相转变压力点的事实,揭示了石墨压致电导率变化的内因。 利用集成在金刚石对顶砧上的薄膜热电偶、金刚石电极和具有更高量程的阻抗测量仪表,对常温高压下直接带隙半导体C_(60)的电学性质进行了测量。发现在常压至8GPa之间,不存在带隙宽度恒定不变区域,得出C_(60)在13GPa、15GPa和19GPa处的带隙分别为0.49eV、0.43eV和0.36eV。 对Cu_2O立方体和八面体的高压原位电学性质研究显示,位于0.7-2.2GPa处的电阻率变化是由于立方相至四角相的相转变造成的,位于8.5GPa处的电阻率变化是由四角相到赝立方相的相转变引起的,而位于10.3GPa处的相转变是赝立方相至未知结构的六角相,位于21.6GPa处的相转变是未知结构的六角相至具有CdCl2结构的六角相。 第一性原理计算结果显示,四角相Cu_2O的电阻率下降与带隙减小没有关系,是由于压力导致晶体内缺陷的增多引起的。XRD实验和SEM证明位于15GPa至25GPa压力区间的电阻的急剧下降是由于Cu_2O晶体被压碎而导致的晶界与缺陷增加的缘故。常压至15GPa压力区间,Cu_2O样品的电阻率随压力增加而呈现的上升或下降趋势与样品的形貌有关。具有六个{100}平面的立方体的电阻率随压力增加而呈下降趋势和具有8个{111}平面构成的八面体的电阻率随压力增加而呈上升趋势。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O613.71

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【参考文献】
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