过渡金属有机化学是不是都是两性金属?_(:з」∠)_

高压下过渡金属硫族化合物的电输运性质及其金属化相变--《吉林大学》2011年博士论文
高压下过渡金属硫族化合物的电输运性质及其金属化相变
【摘要】:过渡金属硫族化合物的高压研究无论是在基础研究还是在应用方面都具有十分重要的意义。许多过渡金属硫族化合物在高压下会发生结构相变、金属化相变等变化。研究高压下这些变化将有助于理解凝聚态体系中原子的键合与解离,认识原子间相互作用规律,揭示新的物理规律,从而为实际应用提供可靠理论依据。高压下对某些过渡金属硫族化合物的电子结构和电输运性质的研究可以为它们在光电光伏材料方面性能的优化提供理论依据。
等结构相变研究可以为人们认识高压相变的机制以及驱动力提供一个新的途径。对于许多压致结构相变,X射线衍射能探测到其结构的变化。但是对于等结构相变而言,X射线衍射对其并不敏感。这时高压下原位物理量测量就可以用来探测等结构相变。但是由于高压实验技术的限制,大多数等结构相变都是用理论计算来研究的。本论文主要利用高压下的原位电输运性质测量方法结合第一性原理计算,从实验和理论两个方面研究了压致等结构相变的特点和规律。我们以过渡金属硫族化合物中的WS2、WSe2、MoS2、MoSe2和TiS2等五种化合物为研究对象。研究的主要内容包括利用高压原位电阻率测量技术和高压原位Hall效应测量技术,结合同步辐射实验技术以及第一性原理计算对它们的高压下等结构相变、金属化机制、金属化相变趋势以及电输运行为的压力效应进行了系统的研究和分析。
高压下原位电阻率测量和高压下原位Hall效应测量发现了WSe2在38.1GPa处发生一个压致等结构半导体到半金属的相转变。第一性原理研究结果表明在常压下WSe2是一个能隙为1.2eV的半导体,随着压力的增加在费米面附近W的5dX2-Y2态、5dxy态和Se的4p态耦合程度增大,这意味着W原子和Se原子的距离随着压力的增大而减小,使得WSe2由半导体转变为半金属。由此可以推断高压下WSe2的半金属性应该源自于层内W-Se共价键间的电荷转移而不是层间的范德瓦尔斯键。MoSe2样品的金属化发生在35.7GPa。我们在测量MoSe2的电阻率随着压力变化的曲线时发现在35.7GPa时存在异常变化,此处可能存在相变。为了弄清楚这个相变此后又开展了高压下MoSe2电阻率随温度变化关系的测量和X射线衍射测量。结果表明在35.7GPa之前电阻率随温度的升高而减小,显示半导体性。高于35.7GPa时电阻率随温度的变化曲线的斜率变成负值,这意味着此时MoSe2转变为半金属性。而高压X射线衍射谱表明在0-36.4GPa范围内既没有衍射峰消失也没出现新的衍射峰,晶体结构并没有变化。因此我们认定这是一个等结构相变。第一性原理的研究结果表明随着压力的增加导带底和价带顶相互靠近,在30GPa时出现间接的能带交叠。所以这个压致等结构的半导体-半金属的相转变是由能带闭合引起的。
在实验压力范围内没有发现WS2和MoS2有金属化相变发生。它们的电阻率随着压力的变化曲线是连续的,并没有发生突变。通过变温电阻率测量获得了WS2传导激活能随着压力的变化关系。由此说明了随着压力的增加原子之间的距离靠近电子轨道波函数交叠程度增加,能带展宽,能隙变窄。所以原来处于带隙中或者价带顶部的杂质能级扩散到导带参与传导。这种杂质能级的压力效应引起的附加载流子是WS2和MoS2的电阻率随着压力升高而线性下降的根本原因。通过对WS2、WSe2、MoSe2金属化压力的分析和对比,可以看出TMDCs金属化过程中阴阳离子电负性越小,过渡金属和硫族元素之间的电荷转移越容易,化合物的金属化压力则越低。过渡金属d态电子决定TMDCs的基本性质但是在压致金属化过程中硫族元素的p态电子的参与起着至关重要的作用。
关于TiS2的基态电子结构是半导体还是半金属存在很大争议,每个观点都有实验和理论支持。第一性原理计算TiS2的基态电子结构的结果表明S的3p态形成价带,Ti的3d态形成导带,他们在费米能级处形成间接能带交叠。所以TiS2的基态电子结构是半金属。电阻率随温度曲线的斜率为正,且电阻主要来自于电子-电子散射,这些实验方面的证据也表明TiS2具有半金属的传导性质。许多人认为TiS2是内禀半导体的研究者把表现它出来的金属性归因于杂质或者缺陷。而EDX和XRD数据证明了实验所用的TiS2样品无杂质且具有理想的化学比例,因此排除了由于杂质或者Ti原子超量引起的金属化,从而确定了半金属性是TiS2的内禀属性。变温Hall效应测量表明:液氮温度下的Hall迁移率降低到原来的一半,而载流子浓度保持不变。因此降低温度会使电阻率降低。这是TiS2的电阻率随着温度曲线表现出金属特性的根本原因。
对于TiS2电输运性质的压力效应的研究是从实验和理论两个方面开展的。第一性原理计算表明高压下TiS2依然保持半金属性的电子结构。而且费米面附近的能带交叠程度在高压下保持不变。不同压力下的电阻率随温度曲线也证明了TiS2依然保持其半金属特性。压力诱导电阻率的变化关系表明在15GPa前后电阻率变化曲线的斜率存在明显的差异。高压Hall效应研究结果表明在15GPa以前电子浓度随着压力的增大而增加,15GPa以后载流子趋于饱和。通过分析认为是压致杂质能级离化激发出的额外电子导致了载流子浓度在15GPa以前载流子的增加。而在15GPa以后所有杂质能级都已经被离化,载流子趋于饱和。这时只有迁移率增加一种因素使电阻率降低,因此15GPa以后电阻率随压力变化曲线明显变缓。我们把半导体的压致离化模型应用到半金属上,并合理地解释了TiS2电输运性质的压力效应。
【关键词】:
【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】:O521.2【目录】:
中文摘要4-7
Abstract7-13
第一章 前言13-23
§1.1 过渡金属硫族化合物概述13-15
§1.1.1 半导体材料简介13
§1.1.2 过渡金属硫族化合物的结构特点13-14
§1.1.3 过渡金属硫族化合物的基本物性14-15
§1.2 过渡金属硫族化合物的高压研究15-19
§1.2.1 高压下TMDCs的晶体结构15-17
§1.2.2 高压下TMDCs的电子结构及其电输运性质17-19
§1.3 论文选题目的和意义19
§1.4 论文各部分的主要内容19-20
参考文献20-23
第二章 高压下电输运性质研究的实验方法和理论基础23-41
§2.1 高压物理学概述23-26
§2.1.1 高压物理的发展历程23-24
§2.1.2 高压实验装置24-26
§2.2 高压下电学量原位测量技术26-33
§2.2.1 高压电学测量技术概述26-27
§2.2.2 范德堡法的原理27-28
§2.2.3 范德堡电极在金刚石对顶砧上的集成28-29
§2.2.4 样品的组装和测量方法29-32
§2.2.5 压力的测量方法32-33
§2.3 高压同步辐射X射线衍射实验方法33-34
§2.4 电子结构模拟的方法34-36
§2.4.1 软件介绍34
§2.4.2 CASTEP的理论基础34-36
§2.4.3 参数设置和计算步骤36
参考文献36-41
第三章 高压下WX_2(X=S,Se)的电学性质及金属化相变研究41-53
§3.1 引言41-42
§3.2 高压下WX_2(X=S,Se)的电阻率42-43
§3.2.1 压力诱导下WSe_2的电阻率42-43
§3.2.2 压力诱导下WS_2的电阻率43
§3.3 压力温度诱导下WX_2的电阻率43-47
§3.3.1 WSe_2电阻率的变温测量结果44-45
§3.3.2 WS_2电阻率的变温测量结果45-47
§3.4 WSe_2的压制金属化相变47-50
§3.4.1 WSe_2常压电子结构47-49
§3.4.2 WSe_2高压电子结构49-50
§3.4.3 理论模拟和实验测量结果的比较50
§3.5 本章小结50-51
参考文献51-53
第四章 高压下MoX_2(X=S,Se)的电学性质及金属化相变研究53-63
§4.1 引言53-54
§4.2 高压下MoSe_2的金属化相变54-58
§4.2.1 压力诱导下MoSe_2的电阻率54-55
§4.2.2 MoSe_2的高压XRD测量结果55
§4.2.3 MoSe_2电阻率的变温测量结果55-56
§4.2.4 MoSe_2的能带结构计算56-58
§4.3 MoS_2电输运性质的压力效应58-59
§4.4 四种TMDCs化合物的压致金属化比较59-60
§4.5 小结60
参考文献60-63
第五章 高压下TiS_2的电子结构及其电输运机制研究63-75
§5.1 引言63
§5.2 TiS_2样品的表征63-65
§5.3 常压下TiS_2的电学性质研究65-67
§5.3.1 TiS_2的电子结构65-66
§5.3.2 TiS_2的电输运性质测量66-67
§5.4 TiS_2电输运性质的压力效应研究67-72
§5.4.1 高压下TiS_2的电子结构67-69
§5.4.2 高压下TiS_2电阻率的变温测量69-70
§5.4.3 高压诱导下TiS_2的电阻率70-71
§5.4.4 高压下TiS_2的电输运机制71-72
§5.5 本章小结72-73
参考文献73-75
第六章 总结与展望75-79
作者简介及在学期间所取得的科研成果79-83
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于金属纳米粒子的光学性质及其过渡金属表面增强拉曼散射的电磁场机理的研究的文档,希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍:中文摘要摘要金属纳米粒子的光学性质及其在表面增强拉曼散射效应中的应用是当今纳米科学研究中的一个热点。为了克服Mie理论仅能解决光与球形粒子相互作用的不足,本论文工作的中心是从理论上定量研究非球形金属纳米粒子及其聚集体的线性光学性质,并研究粒子的形状、尺寸及介电环境等因素对光学性质影响,进而探讨与此密切相关的表面增强拉曼散射(SERS)效应中的电磁场增强机理。论文共分四个部分。前言部分介绍目前金属纳米粒子光学性质的主要理论研究方法及表面增强拉曼光谱技术的主要特点及最新进展,并在此基础上提出本论文的主要设想及工作思路。第二章简单介绍了Mie和Gans理论后,重点介绍能解决任意形状的粒子与光相互作用问题的离散偶极近似(DDA)方法及其应用。利用DDA方法,从理论上定量研究了纳米尺度的金、银等币族金属的光学性质与其大小、形状、介电环境等因素的具体关系,并与实验值比较。第三章主要借助一些简单的物理模型,从定性及半定量的角度探讨SERS的电磁场增强机理,重点是解决过渡金属体系在可见光及近紫外区的电磁场增强机理问题。第四章则借助三维时域有限差分法(3D—FDTD),考虑到粒子大小、形状、相互耦合等因素对SERS增强的影响,研究了复杂SERS体系中的电磁场增强机理,并探讨了近年来受到特别关注的纳米粒子聚合体中那些具有特别高SERS增强因子的“热点”问题。本论文工作的创新点及主要成果有如下三点:1.利用新近发展起来离散偶极近似方法定量研究了金属纳米粒子的材料、尺寸、形状及所处的介电环境等因素对其光学性质的影响,得到了较为准确的的金、银纳米粒子线性光学性质的定量结果。通过与实验数据的对比分析,发现DDA的结果在拟合金属纳米粒子的光学性质时要明显优于用传统的解析方法得到的结中文摘要果;得到并讨论了纳米粒子的消光极值位置与粒子大小、形状及所处介电环境折射率的定量拟合公式。2.以电磁场理论为基础,通过建立数学模型并求解麦克斯韦方程,首次系统地分析了过渡金属体系的电磁场增强机理。主要成果包括:从理论上详细分析了表面粗糙化在制备过渡金属SERS活性基底时的重要作用,深入探讨了表面等离子激元共振(SPR)及避雷针效应在过渡金属体系中的影响;然后通过理论计算,首次从理论上指出避雷针效应是决定过渡金属体系的SERS增强因子的关键因素;初步从理论上阐明了有重要意义的铑体系在紫外区的SERS机理。3.借助并发展三维时域有限差分法,突破传统Mie理论只能研究球形粒子的限制,并在考虑粒子间相互耦合作用的基础上定量计算了金、银、铑、镍、铂等色散型材料组成的各种形状和聚集态的纳米粒子体系在激光作用下的表面电磁场的增强情况,并特别关注SERS中“热点”位置处的SERS增强因子。研究结果表明,3D—FDTD方法是解决单分子SERS及过渡金属体系的SERS电磁场增强机理问题的强有力工具。一系列针对不同的币族金属及过渡金属SERS活性体系的电磁场增强计算结果对进一步探索复杂的SERS电磁场增强机理及优化实验设计均有十分重要的意义。关键词: 纳米粒子光学性质表面增强拉曼散射电磁场增强机理IIAbstractAbstractThe optical properties of metallic nanoparticles and their application in surfaceenhanced Raman scattering(SERS)have been a hot topic in nanoscience andnanotechnology.The main focus ofthis thesis is to surpass the limitation of Mie theory,whose application is rigorously limited tospherical panicles,in order to theoreticallystudy the quantitative dependence of the linear optical properties and ic(EM)enhancement mechanism of SERS on the size,shape,surrounding medium ofmetal nanoparticles with arbitrary shape.The thesis is divided into four chapters.In the first chapter,the aims and main tasksof this work was presented after reviewing theoretical methods for studying opticalproperties of metal nanoparticles,and main advantages,characteristics and recentprogress of SERS.In chapter two,after a brief introduction to Mie and Gans theory,particular attention is devoted to the numerical method ofdiscrete dipole approximation(DDA)that is capable of dealing with the interaction of light with nanoparticles withany arbitrary shape.Then,we simulated quantitatively the extinction spectra of gold andsilver nanoparticles with various sizes,shapes,and environment media based on DDAcalculations,which pared with the experimental results.In chapter three,theEM mechanism of SERS was studied qualitatively and semi·quantitatively based onsome simple phy’sical models with the focus on the theoretical explanation of the EMmechanism for transition metal systems in the visible to UV light region.In chapter four,more detailed calculation of the EM field enhancement were made for a variety plex systems based on the three dimensio1播放器加载中,请稍候...
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原题:镁是活泼金属,铝是两性金属。 然后是错的。。。金属活动顺序氢之前的都算是活泼金属吧?????百度百科又玩人了,明明白白写铝是两性金属。。但实质上铝并没有和氢氧化钠反应,是和水啊。。。铝不是两性金属吧????
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感谢各位大神!!元宵快乐!!么么哒
维基百科“铝”词条中认为铝是两性金属。
有两性金属这个说法?乱造的吧
当然是!看在元素周期表上位置
氧化铝是两性化合物,铝就是碱金属。是这样的吧
不是两性金属
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