正电子理论计算及其在分析材料微结构中的应用

1、目录第1章绪论11.1正电子湮没谱学发展简史11.2正电子湮没谱学基本原理31.2.1正电子在材料中的热化31.2.2 正电子在材料中的扩散61.2.3 正电子的捕获61.2.4正电子的湮没81.2.5电子偶素的湮没81.3于电子湮没谱学常用实验方法及湮没参数测量91.3.1正电子源的选择和制备91.3.2止电子看命测量技术101.3.3多普勒展宽测童技术111.3.4慢正电子朿技术141.3.5角关联测童技术 151.4正电子湮没理论第一性原理计算简介151.5本文的选题和结构安排161.5.1 选趣161.5.2文隶的结构安排17参考文欷20第2章蒙特卡罗模拟正电子在材料中的注入特性232

2、. 1研究意义及背景 232.2蒙特卡罗模拟方法242.2.1基于解析公式的蒙特卡罗模拟242.2.2皋T评价参数的Geant4模拟 292.2.2.1模拟细节292.2. 2. 2模拟结果分析和讨论312.2.2.3 总结412.3正电子注入的时间特性412.4儿种单质的慢正电子束分析432.5本章小结45参考文狱46第3章正电子寿命的计算:493. 1完美晶体中正电子体寿命的计算493.1.1硏究意义及背最 493.1.2理论基础503.1.3计算方法513.1.4计算结果分析与讨论 533.1.6总结593.2晶体中单空位正电子寿命的调研与计算603.2.1研究意义及背最603.2.2计

3、算方法613.2.3计算细节和程序测试623.2.4结果和讨论643.2.5总结683.3正电子寿命计算的Matlab程序及其使用方法简介683.4本章小结71参考文献72第4章含过渡金属氧属化物的正电子湮没谱学研究774.1钙钛矿结构功能陶瓷材料概述774.1.1钙铁矿型氧化物的发展历史774.1.2钙钛矿型氧化物的晶体结构784.1.3钙钛矿型氧化物的离子掺朵 784.1.4钙钛矿型氧化物的制备方法 794.1.5正电子湮没技术対钙钦矿统构録化物的研究进展 814. 2电子型半掺杂SmosCaosMnOj的物理特性 814.2. 1晶体结构特征814.2.2电和磴结构特征 824.2.3卞

4、要物理机制854.2. 3. 1 Jahn-Teller效应的晶格时变854. 2. 3. 2双交换模型874.2. 3. 3超交换模型884.3半掺杂SmosCaosMnO3样品的制备和常规表征894. 3.1不同锻烧温度下的SmasCaosMnO3样品制备894. 3.2不同锻烧温度下的SmosCaosMnOjW品XRD和SEM分析914. 3.3 SmosCaosMnO；样品的正电了湮没技术测量及理论分析 924.3.4 SmajCaosMnO3样品的磁性和傲电阳性质测量及分析974.4新型超导材料AxFe2-ySe2正电子湮没技术研究的可行性分析10044.1新型铁基超导材料AxFe2

5、-ySe2的研究进展概込1004.4.2 KFe2Se2和 ©FsSes的晶体结构1034.4.3 KFe2Se2 和 K2Fe4Se5 的鐵结构调斫1044.4.4 KFe2Se2和K2Fe4Se5的正电子寿命计算及PAS测&可行性分析 1054. 5本章小结107参考文献109第5章 总结与展望 1135. 1 总结1135. 2创新点1135.3 展卑114致谢117在读期间发表的学术论文弓取得的其他研究成果 119XII第1童绪论第1章绪论正电子是电子的反粒子，带有与电子相同的质最和电荷量，但它的电荷是正 的，所以乂称阳电子或反电子，属于基本粒子，是人类发现的第一个反

6、粒子。止 电子与电子相遇会发生湮没并放出，光了，当其与物质中不同能量、动最的电子 湮没时，释放的'光子就会具有不同的能屋和动量信息。基于此原理，再结合核 探测技术，正电子湮没谱学(Positron Annihilation Spectroscopy, PAS)逐渐成为 了一种广泛应用在凝聚态物理(如金屈、半导体、高分子等)、原子与分子物理、 生物医学(如正电子发射计算机断层扫描(Posilron Emission Tomography, PET) 等)等领域的无损探测手段。经过数十年的发展，正电子实验探测技术己经H臻 完善，同时，理论计算的发展，使得实验结果分析更为眉观、可靠。在第一章

7、中， 本论文简单介绍止电子湮没谱学技术的呈本实验原理和实验手段，旨在为后面的 理论计算与实验分析打下基础。1.1正电子湮没谱学发展简史止电子湮没谱学是在二十世纪中后期开始发展起来的，它的起源可以追踪到 正电子的发现。理论上，最先预言止电子存在的是英国的物理学家狄拉克(P.A. M. Dirac),但是对“positron”这一词的接受却经历了曲折的过程。1928年，狄拉克在研究电子运动的眾子理论时提出了狄拉克方程，虽然狄 拉克方程完美地解决了氢原子的能级结构，但却存在着“负能解”的问题。为了 解决这-问题，1930年，狄拉克大胆地提出f “电子-空穴”的假设1。这个 时间标志被认为是首次理论预言正电了存在的标志。其实，直到1931年狄拉克 接受奧本海默的建议，“antiQectron”的概念才被止式提出。随后，美国物理科 学家安德森(C. D. Anderson)在研究宇宙射线在强磁场中偏转情况时，从拍摄 的云亨照片屮发现了在磁场中与电子运动轨迹相对称的粒子轨迹，通过测呈确定 这个粒子质量和电子相同，带一个单位的正电荷，并称Z为“positron” 04。 安德森也因此获得诺贝尔物理学奖。其实，早在1929年，中国物理学家赵忠尧 就在实验中发现了更元索铅对射线的异'常吸收现彖以及，辐射5。后来，人 们才认识到，反常吸收是因为卩射线在重核附近产生了止负电子对，而