搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

王瑨 李春梅 敖靖 李凤 陈志谦

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

王瑨, 李春梅, 敖靖, 李凤, 陈志谦
PDF
导出引用
导出核心图
  • 基于密度泛函理论平面波方法研究了IVB族过渡金属氮化物TiN, ZrN, HfN的电子结构、 弹性性质和光学性质. 研究表明, IVB族过渡金属氮化物晶格的电子结构分别体现了共价性、 离子性和金属性, 且基态下体系呈金属性. 各晶格在坐标基矢方向上的杨氏模量的数值与体对角线方向上的差距明显, 体现出典型的弹性性质各向异性, 这导致了实验研究在制备其薄膜时不可避免地产生晶格畸变与微裂纹. 伴随着态密度中赝隙的红移, TiN, ZrN, HfN的金属性依次增强, 使得材料在力学性能方面脆性减弱, 单晶的各向异性程度提升, 以及光学性质方面电子跃迁机理由带内跃迁到带间跃迁转变所需入射光子能量的蓝移和光谱选择性能的下降. 因此, 通过降低IVB族过渡金属氮化物中自由电子的组分以加强材料的共价性, 有利于提高材料弹性性质的各向同性, 改善材料的光谱选择性能.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51171156)和重庆市攻关项目(批准号:cstc2011jjys0004)资助的课题.
    [1]

    Zhang M, He J 2001 Surf. Coat. Technol. 142 125

    [2]

    Nimmagada P, Bunshah R F 1979 Thin Solid Films 63 327

    [3]

    Sproul W D 1984 Thin Solid Films 118 279

    [4]

    Jehn H, Kopacz U, Hofmann S 1985 J. Vac. Sci. Technol. A 3 2406

    [5]

    Chen X J, Struzhkin V V, Wu Z, Somayazulu M, Qian J, Kung S, Christensen A N, Zhao Y, Cohen R E, Mao H, Hemley R J 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 3198

    [6]

    Valkonen E, Ribbing C G, Sundgren J E 1986 Appl. Opt. 25 3624

    [7]

    Karlsson B, Shimshock R P, Seraphin B O, Haygarth J C 1982 Phys. Scr. 25 775

    [8]

    Stromme M, Karmhag R, Ribbing C G 1995 Opt. Mater. 4 629

    [9]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 864

    [10]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.:Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 J. Phys. Rev. Lett. 45 566

    [12]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [13]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [14]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [15]

    Broyden C G 1970 J. Inst. Math. Appl. 6 222

    [16]

    Fletcher R 1970 Comput. J. 13 317

    [17]

    Goldfarb D 1970 Math. Comput. 24 23

    [18]

    Shanno D F 1970 Math. Comput. 24 647

    [19]

    Voigt W 1928 Lehrbuch der Kristallphysik (Leipzig:B.G. Teubner) p574

    [20]

    Reuss A, Angew Z 1929 Math. Mech. 9 49

    [21]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. A (London) 65 349

    [22]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军2007物理学报 56 5359]

    [23]

    Wu Z J, Zhao E J, Xiang H P, Hao X F, Liu X J, Meng J 2007 Phys. Rev. B 76 054115

    [24]

    Pugh S F 1954 Philos. Mag. 45 823

    [25]

    Hasegawa M, Yagi T 2005 J. Alloys Compd. 403 131

    [26]

    Kim J O, Achenbach J D, Mirkarimi P B, Shinn M, Barnett S A 1992 J. Appl. Phys. 72 1805

    [27]

    Yao H, Ouyang L, Ching W Y 2007 J. Am. Ceram. Soc. 90 3194

    [28]

    Christensen A N 1975 Acta Chem. Scand. A 29 563

    [29]

    Sarioglu C 2006 Surf. Coat. Technol. 201 707

    [30]

    Zainulin Y G, Alyamovskii S I, Shveikin G P, Gel'd P V 1971 Teplofiz. Vys. Temp. 9 496

    [31]

    Zener C 1948 Elasticity and Anelasticity of Metals (Chicago:University of Chicago Press) p76

    [32]

    Nye J F 1964 Physical Properties of Crystals (Oxford:Clarendon Press) p145

    [33]

    Gao F M 2006 Phys. Rev. B 73 132104

    [34]

    Chou W J, Yu G P, Huang J H 2002 Surf. Coat. Technol. 149 7

    [35]

    Chen C S, Liu C P, Tsao C Y A, Yang H G 2004 Scripta Mater. 51 715

    [36]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 付云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学:物理学 力学 天文学 41 58]

  • [1]

    Zhang M, He J 2001 Surf. Coat. Technol. 142 125

    [2]

    Nimmagada P, Bunshah R F 1979 Thin Solid Films 63 327

    [3]

    Sproul W D 1984 Thin Solid Films 118 279

    [4]

    Jehn H, Kopacz U, Hofmann S 1985 J. Vac. Sci. Technol. A 3 2406

    [5]

    Chen X J, Struzhkin V V, Wu Z, Somayazulu M, Qian J, Kung S, Christensen A N, Zhao Y, Cohen R E, Mao H, Hemley R J 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 3198

    [6]

    Valkonen E, Ribbing C G, Sundgren J E 1986 Appl. Opt. 25 3624

    [7]

    Karlsson B, Shimshock R P, Seraphin B O, Haygarth J C 1982 Phys. Scr. 25 775

    [8]

    Stromme M, Karmhag R, Ribbing C G 1995 Opt. Mater. 4 629

    [9]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 864

    [10]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.:Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 J. Phys. Rev. Lett. 45 566

    [12]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [13]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [14]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [15]

    Broyden C G 1970 J. Inst. Math. Appl. 6 222

    [16]

    Fletcher R 1970 Comput. J. 13 317

    [17]

    Goldfarb D 1970 Math. Comput. 24 23

    [18]

    Shanno D F 1970 Math. Comput. 24 647

    [19]

    Voigt W 1928 Lehrbuch der Kristallphysik (Leipzig:B.G. Teubner) p574

    [20]

    Reuss A, Angew Z 1929 Math. Mech. 9 49

    [21]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. A (London) 65 349

    [22]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军2007物理学报 56 5359]

    [23]

    Wu Z J, Zhao E J, Xiang H P, Hao X F, Liu X J, Meng J 2007 Phys. Rev. B 76 054115

    [24]

    Pugh S F 1954 Philos. Mag. 45 823

    [25]

    Hasegawa M, Yagi T 2005 J. Alloys Compd. 403 131

    [26]

    Kim J O, Achenbach J D, Mirkarimi P B, Shinn M, Barnett S A 1992 J. Appl. Phys. 72 1805

    [27]

    Yao H, Ouyang L, Ching W Y 2007 J. Am. Ceram. Soc. 90 3194

    [28]

    Christensen A N 1975 Acta Chem. Scand. A 29 563

    [29]

    Sarioglu C 2006 Surf. Coat. Technol. 201 707

    [30]

    Zainulin Y G, Alyamovskii S I, Shveikin G P, Gel'd P V 1971 Teplofiz. Vys. Temp. 9 496

    [31]

    Zener C 1948 Elasticity and Anelasticity of Metals (Chicago:University of Chicago Press) p76

    [32]

    Nye J F 1964 Physical Properties of Crystals (Oxford:Clarendon Press) p145

    [33]

    Gao F M 2006 Phys. Rev. B 73 132104

    [34]

    Chou W J, Yu G P, Huang J H 2002 Surf. Coat. Technol. 149 7

    [35]

    Chen C S, Liu C P, Tsao C Y A, Yang H G 2004 Scripta Mater. 51 715

    [36]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 付云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学:物理学 力学 天文学 41 58]

  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  2531
  • PDF下载量:  9717
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-14
  • 修回日期:  2012-12-10
  • 刊出日期:  2013-04-05

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

  • 1. 西南大学材料科学与工程学院, 重庆 400715
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51171156)和重庆市攻关项目(批准号:cstc2011jjys0004)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论平面波方法研究了IVB族过渡金属氮化物TiN, ZrN, HfN的电子结构、 弹性性质和光学性质. 研究表明, IVB族过渡金属氮化物晶格的电子结构分别体现了共价性、 离子性和金属性, 且基态下体系呈金属性. 各晶格在坐标基矢方向上的杨氏模量的数值与体对角线方向上的差距明显, 体现出典型的弹性性质各向异性, 这导致了实验研究在制备其薄膜时不可避免地产生晶格畸变与微裂纹. 伴随着态密度中赝隙的红移, TiN, ZrN, HfN的金属性依次增强, 使得材料在力学性能方面脆性减弱, 单晶的各向异性程度提升, 以及光学性质方面电子跃迁机理由带内跃迁到带间跃迁转变所需入射光子能量的蓝移和光谱选择性能的下降. 因此, 通过降低IVB族过渡金属氮化物中自由电子的组分以加强材料的共价性, 有利于提高材料弹性性质的各向同性, 改善材料的光谱选择性能.

English Abstract

参考文献 (36)

目录

    /

    返回文章
    返回