金属铈和铀单晶薄膜的制备及电子特性的研究

发布时间：2020-12-21 16:57

　　铀及铀合金是核武器及核能应用中广泛使用的材料,其电子结构及物理化学性质一直是研究的热点,但是由于金属铀材料具有一定的放射性及较强的化学活性,使得相关的研究工作开展有一定难度。尤其对于5f电子特性的研究,长期以来由于缺少高质量的单晶样品,使得关于其价带尤其是能带结构的研究较难开展,在国内这方面的研究至今还是空白。本项目首先通过金属钚的模拟材料金属铈单晶薄膜的生长摸索出活性单质金属单晶薄膜的生长条件及参数,而后进行金属铀单晶薄膜的生长及其表面形貌和电子结构的研究,在此基础上同时开展了UO2_x单晶薄膜的制备和表征工作,并尝试在Si（111）-7×7基底上通过构造缓冲层和修饰层的方法来制备单晶薄膜。本论文工作主要分为以下四个部分：1)在W（110）表面进行铈薄膜的沉积,利用扫描隧道显微镜（STM）,低能电子衍射（LEED）, X射线光电子能谱仪（XPS）和角分辨光电子能谱仪（ARPES）研究了沉积薄膜的表面形貌、晶体结构、化学组成、价带谱及能带结构。STM结果表明新鲜的铈薄膜表面有序和无序区域均存在,膜面上还存在一些三角形和六角形的孔洞结构；当在600K退火10min后,... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

室温下Rh(lll)表面沉积了0.11^1的〔6薄膜的81肘图，(3)原子分辨率(71X71A2);(b)原子分辨率（45X75A2);(C)原子分辨率（100X100A2)

台阶高度约为2.7 A，在台面上可以观察到较光滑平整的区域，该区域主要为金属U薄膜，但也可以观察到位错线的存在（如图1.10b中白色箭头所示），位错的存在使得表面更易吸附一些污染物如氧等，从而引起局域态密度的降低，从图中还可以看到有一些穿过表面且平行于W(llO)基底的直线，这主要是由于铀膜和W(llO)基底之间的台阶高度差所引起。从图1.10c原子分辨图中可以看出铀原子之间呈六角排布，U-U键长为（3.5±0.5) A，典型的高度起伏为6-10 pm, LEED和原子像的结果和之前文献报道的hep金属U的结果比较接近。图1.11为超胞中计算得到的距离表面不同距离的DOS曲线和实验值得对比，从图中可以看出实验的DOS谱中有三个典型的峰，正偏压处有两个峰0.21 eV和0.52 eV

通过多次循环溅射退火获得了干净有序的(X-U (001)面，0 Is和C Is均在XPS的探测限之下。图1.12 (a)为激发光子能量为He I和He II条件的UPS谱图，测量温度在173K,比较在不同光子能量下的UPS可以看出，所有的峰位置随光子能量的不同未出现明显的变化，但是峰的强度却出现了较大的差异，这主要是由丁-d和f电子态的光电离截面不同，激发光子的逃逸深度不同所导致的。图1.12b为U7s，6d, 5f，6p能带的光电离截面图，根据能带理论，价带谱峰的出现是由于在此处较高的投影态密度所导致，从图U2b中可以看出d电子的特征在He I谱中会得到加强


本文编号：2930169