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同步辐射及其在无机材料中的应用进展
刘云鹏, 盛伟繁, 吴忠华
无机材料学报    2021, 36 (9): 901-918.   DOI:10.15541/jim20200703
摘要   (1696 HTML95 PDF(pc) (25262KB)(2589)  

同步辐射是环形加速器中做循环运动的高速电子在经过弯转磁铁时, 沿电子轨道切线方向发射的电磁辐射。作为一类平台型科技基础设施, 同步辐射光源对无机材料的研究和发展起到了重要支撑作用。同步辐射实验技术已经成为现代科学技术不可或缺的研究手段, 无机材料研究是同步辐射技术的主要应用领域之一。相对于用于材料研究的常规光源来说, 同步辐射技术研究无机材料有以下优势: 1)获取的数据质量更高; 2)空间分辨和时间分辨的能力更强; 3)原位和材料服役环境更易模拟; 4)多尺度、多方面、多种类的结构信息同步获取; 5)探测新的结构特性更有可能。同步辐射实验技术有助于解决无机材料领域中的一些关键科学问题, 从而极大地推动了无机材料的研究进展。本文首先简要介绍了同步辐射光源的现状, 以及国内现有三个同步辐射装置: 北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility, BSRF)、上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)和国家同步辐射实验室(National Synchrotron Radiation Laboratory, NSRL)。然后, 从X射线衍射、散射、谱学、成像等四个方面, 列举了同步辐射技术在无机材料研究中的应用实例。最后, 对同步辐射光源和结构表征技术及其在无机材料中的应用进行了总结与展望。



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图14 SR-XPS实验研究的二维Sn/Bi2Te3材料的电子结构和界面相互作用[59]
正文中引用本图/表的段落
已有的研究预测在Bi2Te3(111)基底上用分子束外延技术生长的类似于石墨烯的锡烯是一种二维拓扑绝缘体。李金梅等[59]用高分辨的同步辐射光电子能谱技术研究了在Bi2Te3衬底上生长的Sn薄膜的电子结构。锡烯的各向异性电子能带结构可以解释其各向异性的电子性质和输运行为。通过研究Sn/Bi2Te3系统的界面反应, 得到了新颖的物理结果, 如图14所示。研究发现Sn与Bi2Te3之间的界面相互作用不是以前报道的范德华力, 而是一种界面化学反应形成的Sn-Te键合。这一研究表明必须重新分析Bi2Te3衬底上锡烯的形成机制, 这也为该种二维材料的制备和特性研究提供了重要思路。
(A) x=0.03; (B) x=0.06; (C) x=0.09; (D) x=0.12 (1 Å=0.1 nm) (colorful figures are available on website) ...
Electronic Properties of Materials
1
2011
... 无机材料的宏观性质(如电学性能、热力学性能、磁学性能、光学性能等)均与其材料本身的原子结构和电子结构有关[58], 研究材料的宏观特性必然要从其原子结构和电子结构出发.X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)是研究物质电子结构最为直接的实验手段, 可以获得从原子深层的芯能级到浅层价带的全波段电子信息.由于材料电子结构自身的复杂性以及关联电子之间相互作用结果的精细性, XPS对光源的光通量和能量分辨率有较高的要求.虽然基于常规光源的XPS实验设备已得到广泛应用, 但在光源能谱的连续性和光源品质上对获取材料精细的电子结构信息越来越难以满足需求.基于同步辐射光源的X射线光电子能谱(SR-XPS)以其优异的特性已成为无机材料领域研究电子结构的必备工具.中国大陆目前的三个同步辐射光源都可开展XPS实验研究.由于电子在物质中的逃逸深度有限, XPS更适用于在真空环境下研究材料的表面和界面信息.因而, 二维材料的结构稳定性、电子能带结构、界面反应和拓扑特性等是XPS技术的主要研究对象.研究薄膜电子结构及薄膜原子与无机衬底间界面反应的首选方法就是XPS, 典型的二维材料有无机衬底上生长的单原子层薄膜、石墨烯等. ...
Anisotropic electronic structure and interfacial chemical reaction of stanene/Bi2Te3
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2020
... 已有的研究预测在Bi2Te3(111)基底上用分子束外延技术生长的类似于石墨烯的锡烯是一种二维拓扑绝缘体.李金梅等[59]用高分辨的同步辐射光电子能谱技术研究了在Bi2Te3衬底上生长的Sn薄膜的电子结构.锡烯的各向异性电子能带结构可以解释其各向异性的电子性质和输运行为.通过研究Sn/Bi2Te3系统的界面反应, 得到了新颖的物理结果, 如图14所示.研究发现Sn与Bi2Te3之间的界面相互作用不是以前报道的范德华力, 而是一种界面化学反应形成的Sn-Te键合.这一研究表明必须重新分析Bi2Te3衬底上锡烯的形成机制, 这也为该种二维材料的制备和特性研究提供了重要思路. ...

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