[發明專利]一種定量探測類鈣鈦礦薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變的方法

有效

• 申請號: 202010723964.4
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111829987B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 翟曉芳;劉其鑫;曹慧
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N1/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發明提供了一種定量探測類鈣鈦礦薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變的方法，先在襯底上生長類鈣鈦礦薄膜，再退火得到產生氧缺陷及晶格畸變的薄膜樣品；放在衍射儀中，通過設定不同(H,K,L)得到不同的半指數峰強度值I(H,K,L)。將氧原子位置(u_n，v_n，w_n)與薄膜樣品的氧八面體旋轉角度α，β，γ和晶格畸變度Δ之間建立模型，形成I_exp與氧八面體旋轉角度α，β，γ及晶格畸變度Δ之間的方程關系，再將多組(H,K,L，I_exp)代入衍射方程中，使用基于遺傳算法的非線性尋優算法得到氧八面體旋轉角度α，β，γ和晶格畸變度Δ。上述方法能夠準確測定類鈣鈦礦氧化物薄膜的氧八面體旋轉角度和晶格畸變程度。

技術領域

本發明涉及凝聚態物質結構探測領域，特別涉及一種定量探測類鈣鈦礦薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變的方法。

背景技術

凝聚態物質結構的精細探測是研究人員長期關注的挑戰性課題。鈣鈦礦氧化物薄膜的電子結構和磁性等宏觀性質與結構相關，特別是與氧八面體的扭曲及旋轉有關。相比塊狀化合物，氧化物薄膜在應力、界面等作用下，通常表現出與塊體不同的物理性質。

低維導體Peierls相變和電荷密度波(CDW)最能體現電子-晶格相互作用和電子集體行為的宏觀現象之一。CDW描述離子和電子密度的空間周期調制，即CDW傳播過程中電子和離子的震蕩空間概率。CDW具有很多奇異的非線性輸運性質，如交直流干涉，瞬態響應，大的磁致電阻。晶格結構輕微扭曲，某些原子周圍的局部晶體位置對稱性就會改變，物質就會經歷向CDW的轉變。研究CDW現象，可以豐富低維系統的不穩定性和偶合電子行為的認識，有助于開發出CDW基新型場效應，大介電常數的電子元器件。因此對類鈣鈦礦氧化物薄膜的物質結構進行精細探索具有重要意義。

由于氧原子的弱散射性質，直接測量氧八面體旋轉和晶格畸變是具有挑戰性的。如果無法精確解析氧化物薄膜的結構，就無法充分了解氧化物薄膜的新奇效應。因此，如何測量氧化物薄膜的氧八面體旋轉和晶格畸變稱為亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種定量探測類鈣鈦礦薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變的方法。本發明提供的方法能夠準確測定類鈣鈦礦氧化物薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變。

本發明提供了一種定量探測類鈣鈦礦薄膜的氧八面體旋轉和電荷密度波晶格畸變的方法，包括以下步驟：

a)在襯底上生長類鈣鈦礦氧化物ABO₃薄膜后，進行退火，獲得產生氧缺陷及晶格畸變的薄膜樣品；

所述薄膜樣品中，形成了具有24個氧原子的超級單胞，且共有4個域，分別對應四種旋轉方向，以D_j表示第j個域所對應旋轉方向發生的概率；

b)利用衍射儀測量所述薄膜樣品的半指數峰強度值I(H,K,L)，將所述半指數峰強度I(H,K,L)與薄膜樣品的氧八面體旋轉角度(α，β，γ)和晶格畸變度Δ之間建立模型；

所述建立模型的過程包括：

將測量所得的半指數峰強度值I(H,K,L)代入衍射方程(1)，確定所述薄膜樣品的單胞中24個氧原子的位置；

其中，

I₀為入射光子通量；

1/sin(η)為對光束足跡校正因子；

1/sin(2θ)為對洛倫茲偏振校正因子；

D_j為域體積分數，對應第j個域所對應旋轉模式發生的概率；

F_hkl為氧原子的結構因子；