课题基金 / 基金详情

原子级平整氧化物表面与界面的有序结构设计及其调控机制研究

批准号:
52102107
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
许建兵
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
许建兵

项目摘要

结项摘要

相似基金

相关文献

中文摘要
表界面结构是决定纳米材料性能的关键因素,在原子尺度调控出规则的材料表面与界面,对于表面原位催化反应、半导体物理等表界面科学研究具有重要意义。通过高温退火法和薄膜外延生长处理氧化物衬底可以形成原子级平整表面与界面结构,但是表界面形成机制仍待系统研究。本项目选取不同晶格常数的氧化物作为单晶衬底以及两种不同晶体结构的氧化物作为外延薄膜。通过表面形貌、成分以及表面能测试,分析外界环境调控参数对衬底表面原子排布的影响规律,建立表面原子排布与表面能之间的关系,基于动力学蒙特卡洛模拟方法,揭示衬底表面原子的重排机制。针对原子级平整氧化物衬底与外延氧化物薄膜之间的晶格失配问题,通过建立宏观薄膜应力与微观原子级别相界面组成之间的联系,系统研究晶格失配程度与外延薄膜厚度,表面应力之间的关系与规律,掌握原子级平整氧化物薄膜的界面调控方法。研究结果将为精细调控原子级平整氧化物表面与界面结构提供实用的指导。
英文摘要
Surface and interface structure are the key factor to determine the properties of nanomaterials. Regulating the surface and interface of materials at the atomic scale is of great significance for surface and interface scientific research such as in situ catalytic reaction, semiconductor physics. The atomically flat surface and interface structure of oxide substrates can be obtained by high temperature annealing and film epitaxial growth, but the mechanism of surface and interface formation remains to be systematically studied. In this project, oxides with different lattice constants are selected as single crystal substrates and oxides with two different crystal structures are selected as epitaxial films. Through surface morphology, composition and surface energy tests, the influence of environmental parameters on the surface atomic configuration of the oxide substrate will be analyzed, and the relationship between surface atomic configuration and surface energy will be established. Based on the dynamic Monte Carlo simulation method, the atomic rearrangement mechanism on the surface of the substrate will be revealed. Aiming at the problem of lattice mismatch between the atomically flat oxide surface and the epitaxial oxide film, the relationship and law between lattice mismatch degree and epitaxial film thickness as well as surface stress will be systematically studied by establishing the relationship between macroscopic film stress and microscopic atomic-level phase interface composition. And the interface control method of atomically flat oxide film will be mastered. The results will provide practical guidance for fine-tuning the surface and interface structure of atomically flat oxides.
针对电化学反应界面,尤其是最表层材料难以精确定义的难点,本项目构建了原子级平整薄膜体系。采用化学刻蚀和高温退火对多种不同钙钛矿氧化物进行表面处理,制备出了原子级平整台阶的基底,得到了钙钛矿氧化物基片GSO、NGO、TSO、、YAO、LAO、LAST的原子级平整台阶结构,台阶的宽度分布为60nm~600nm,台阶的高度为0.3nm~0.4nm,高度为一个晶胞的高度,计算出基片的切割角度为0.4°~0.05°。研究了<100>、<110>、<111>三种不同晶体取向SrTiO3(STO)基片的原子平整配方工艺,发现<100>、<110>两种晶体取向的STO可以制备出原子级平整台阶结构的表面。采用脉冲激光沉积技术在原子平整基片上外延生长钙钛矿氧化物薄膜,可以通过反射式高能电子衍射(RHEED)可以明显观察到基片表面的衍射斑点,在薄膜生长过程中,RHHED震荡曲线呈现周期性变化趋势,每一个震荡周期代表一层钙钛矿晶胞,可以通过RHEED的震荡曲线控制薄膜生长的原子层数以及厚度。通过该方法,建立了原子级平整的薄膜体系,为后续的研究奠定了基础的材料模型。.然后,通过(La,Sr)FeO3-x(LSF)原子平整薄膜体系研究了最表层截止面成分对薄膜氧交换性能的影响。通过控制STO基片的切割角调节了STO原子级平整基片的台阶宽度。选取了切割角小于0.2°的STO基片作为原始基片,制备出台阶宽度大于100nm的原子级平整台阶衬底。随后采用脉冲激光溅射沉积技术与反射式高能电子衍射技术相结合的方法,在STO衬底上外延生长LSF薄膜,制备出了两种不同截止面的LSF薄膜,薄膜的总厚度均为27层晶胞,约为10nm。通过磁控溅射沉积技术在薄膜表面沉积了一层Pt金属叉指电极。最后,采用电化学弛豫的方法研究了不同截止面对LSF薄膜表面氧交换反应的影响,结果显示B位截止的LSF薄膜具有更高的表面氧交换系数。
国内基金
海外基金