正电子物理及其应用PDF电子书下载

第一章 正电子湮没技术基本原理介绍 1

1.1 前言 1

1.2 正电子和正电子湮没 3

1.3 正电子湮没技术的四种实验方法 4

1.3.1 正电子湮没寿命测量 4

1.3.2 2Y湮没角关联测量 8

1.3.3 湮没Y射线多普勒增宽能谱测量 12

1.3.4 慢正电子谱测量 15

参考文献 17

第二章 正电子湮没谱学基础 18

2.1 正电子是电子的反粒子 18

2.1.1 狄拉克理论 18

2.1.2 安德森发现正电子 21

2.1.3 正电子的性质 24

2.2 正电子湮没 25

2.2.1 正电子湮没截面 25

2.2.2 狄拉克湮没率公式 27

2.2.3 正电子在金属中的湮没率 27

2.2.4 关联效应 29

2.2.5 增强因子 31

2.2.6 正电子和d电子湮没 33

2.2.7 理论计算中的增强因子 35

2.3 均匀介质中的正电子动力学 38

2.3.1 正电子的热化 38

2.3.2 正电子的注入深度剖面 41

2.3.3注入深度分布的测量 43

2.3.4 正电子在固体中的扩散 46

2.3.5 电场中正电子运动 48

2.3.6 热化正电子的微观分布 49

2.4 非均匀介质中的正电子动力学 50

2.4.1 晶体缺陷 50

2.4.2 单空位处电子密度的变化和简单图像 51

2.4.3 空位型缺陷捕获正电子 52

2.4.4 捕获模型的发展史 53

2.5 电子偶素 54

2.5.1 电子偶素的性质 55

2.5.2 湮没选择定则 58

2.5.3 电子偶素的湮没率 59

2.5.4 电子偶素的撞击(pick-off)湮没 60

2.5.5 俄勒模型和径迹模型 61

2.5.6 自由体积模型和早期应用 67

2.5.7 刚性分子固体中微空洞的计算 71

2.6 3γ湮没和电子偶素的测量 73

2.6.1 3γ湮没的测量 73

2.6.2 Ps的探测 76

参考文献 80

第三章 正电子湮没实验技术 86

3.1 正电子源 86

3.1.1 正电子源的选择 87

3.1.2 放射源的制备 90

3.2 正电子湮没寿命谱仪 93

3.2.1 两种寿命谱仪 93

3.2.2 寿命谱仪中的探测器 97

3.2.3 寿命谱能窗的确定 102

3.2.4 寿命谱时间分辨率的测定 103

3.2.5 寿命谱的测定 106

3.2.6 有缺陷样品的寿命谱 107

3.2.7 寿命谱的分析程序 107

3.2.8 寿命谱质量的分析 109

3.2.9 源修正 111

3.2.10 绝对空位浓度求导 112

3.3 正电子湮没多普勒增宽谱仪 113

3.3.1 多普勒增宽谱仪中主要器件 113

3.3.2 多普勒增宽谱的数据处理 114

3.3.3 多普勒增宽谱分辨函数的改善 117

3.3.4 多普勒增宽谱测量的精度 120

3.3.5 复合的湮没谱系统 120

3.4 角关联方法和金属中电子动量密度和费米 124

3.4.1 前言及早期的历史 124

3.4.2 实验技术 126

3.4.3 近期的发展 133

参考文献 134

第四章 热平衡缺陷 138

4.1 前言 138

4.2 热平衡状态 139

4.2.1 点缺陷浓度与温度的关系 139

4.2.2 点缺陷浓度和压强的关系 142

4.2.3 形成焓和形成焓的温度关系 143

4.2.4 杂质的影响 143

4.3 研究热平衡缺陷所用的实验技术 144

4.3.1 电阻率 144

4.3.2 量热法测量 145

4.3.3 热膨胀测量 145

4.3.4 正电子湮没技术测量 147

4.3.5 小结 154

4.4 预空位效应 157

4.4.1 预空位效应的发现 157

4.4.2 预空位效应的各向异性 159

4.4.3 产生预空位效应的原因 160

4.5 低浓度合金中的空位形成能 165

4.6 二元合金中的空位形成能 167

4.6.1 微分热膨胀激光测定法 167

4.6.2 正电子测量结果 167

4.7 特殊金属的高温特性 174

参考文献 175

第五章 金属中的非平衡缺陷 179

5.1 前言 179

5.2 淬火实验 181

5.2.1 铝的淬火实验 181

5.2.2 合金的淬火实验 184

5.3 疲劳缺陷 187

5.3.1 室温下单晶的形变 190

5.3.2 低温下形变 191

5.3.3 多晶的形变 193

5.3.4 形变后时效对正电子参数的影响 194

5.3.5 杂质对形变的影响 195

5.3.6 形变中空位浓度和位错密度的估算 196

5.4 疲劳缺陷 197

5.5 金属和合金的辐照和离子注入缺陷 200

5.5.1 退火阶段的电阻率研究 202

5.5.2 正电子研究辐照效应 203

5.5.3 正电子研究合金的辐照效应 211

5.5.4 正电子研究反应堆压力容器材料的辐照效应 214

5.5.5 离子注入和重离子辐照后的正电子研究 217

5.6 氢脆及金属氢化物的研究 217

5.6.1 氢脆研究 217

5.6.2 金属氢化物的研究 223

5.6.3 反应堆材料中气泡的研究 224

5.6.4 氢-钯系统和氘-钯系统中的研究 224

5.7 固态相变 226

5.7.1 bcc-fcc转变 228

5.7.2 马氏体相变 229

5.7.3 GP区 231

5.7.4 有序无序转变 232

5.8 固态液态相变 234

5.9 金属研究中的另外几个例子 236

5.9.1 缺位固溶体 236

5.9.2 高温结构金属中空位的回复 237

5.9.3 合金中原子的偏聚 238

5.9.4 镀铁层的结构研究 238

5.9.5 蠕变 239

5.9.6 形状记忆合金 240

参考文献 241

第六章 正电子湮没在非晶态和纳米晶中的应用 248

6.1 前言 248

6.1.1 非晶态合金的结构 248

6.1.2 非晶态合金的制备 249

6.1.3 早期工作后的启迪 250

6.2 缺陷研究 251

6.2.1 Bernal空位 251

6.2.2 非晶态的形变和辐照研究 253

6.3 结构弛豫研究 254

6.4 晶化过程 256

6.5 电子结构 256

6.6 结晶度 260

6.7 微晶 260

6.8 正电子湮没技术在纳米晶体中的应用 262

6.8.1 纳米晶体 262

6.8.2 从非晶体制备纳米晶体 265

6.9 碳60(C60) 266

参考文献 269

第七章 正电子湮没在半导体中的应用 273

7.1 半导体的性质 273

7.2 正电子湮没技术测量半导体的体效应 274

7.2.1 半导体体性质的正电子方法研究 275

7.2.2 生产的硅棒和其它半导体体材中缺陷分布 278

7.2.3 生产温度对缺陷的影响 280

7.2.4 形变和压力对缺陷的影响 280

7.2.5 晶体缺陷和掺杂效应 280

7.2.6 硅氢键的性质 283

7.2.7 硅的激光退火过程 283

7.2.8 缺陷的转换 283

7.3 半导体的辐照效应 284

7.3.1 电子辐照 284

7.3.2 质子辐照 285

7.3.3 中子辐照 285

7.3.4 硅的嬗变 287

7.4 离子注入和产生的损伤 289

7.4.1 B注入 289

7.4.2 P注入 290

7.4.3 SI注入及SI的自注入 291

7.4.4 H注入 292

7.4.5 HE注入 292

7.4.6 KR注入 294

7.4.7 AR注入 295

7.4.8 O注入 295

7.4.9 F注入 296

7.4.10 N注入 297

7.4.11 AS注入 297

7.4.12 GE注入 298

7.4.13 多种离子综合注入 298

7.5 非晶态SI的正电子湮没研究 299

7.5.1 非晶硅的缺陷 299

7.5.2 a-Si:H中的电子偶素 300

7.5.3 制备工艺对非晶硅的影响 301

7.5.4 晶化和非晶化 301

7.6 叠层膜中的正电子和慢正电子束研究 301

7.7 SIO2-SI界面的正电子湮没研究 305

7.7.1 界面缺陷的研究 305

7.7.2 各种氧化生长过程的正电子湮没研究 308

7.7.3 微空洞退火和氢钝化 309

7.7.4 辐照损伤 310

7.7.5 Si3N4-Si中缺陷 312

7.7.6 金属-氧化物半导体(MOS)的结果 313

7.7.7 正电子界面捕获位的模型 318

7.7.8 正电子瞬态谱 319

7.7.9 MOS电容中的电场 320

7.8 其它半导体中的正电子湮没研究 321

7.8.1 Ge的正电子研究 321

7.8.2 InP的正电子研究 322

7.8.3 GaAs的正电子研究 322

7.8.4 CdTe和HgCdTe中的正电子湮没 325

7.8.5 CuInSe2 327

7.9 多孔硅 328

7.9.1 多孔硅中电子偶素的观察 329

7.9.2 气氛对发光和正电子测量的影响 329

7.9.3 生长条件对多孔硅的影响 330

7.9.4 用慢正电子束研究多孔硅 331

7.10 小结 332

参考文献 332

第八章 离子固体中的准电子偶素 340

8.1 前言 340

8.2 绝缘固体中电子-正电子湮没对的基础理论 341

8.2.1 极限情况 341

8.2.2 孤立湮没对的能级和态的分类 342

8.2.3 孤立湮没对的湮没率 343

8.2.4 斯塔克效应 344

8.2.5 磁场效应 345

8.3 Q-PS特性的实验测定 347

8.3.1 形成概率测量 348

8.3.2 湮没率测量 349

8.3.3 电子密度参数κ的测量 350

8.3.4 局域长度测量 350

8.3.5 慢正电子方法测量 351

8.4 固体中PS和Q-PS特性:实验结果 351

8.4.1 离子晶体 351

8.4.2 中性离子共价化合物:晶体石英 356

8.4.3 无机玻璃 358

8.4.4 分子固体 359

8.5 非金属导体 360

8.5.1 快离子导体 360

8.5.2 有机导体 365

8.6 正电子湮没在超导中的应用 365

8.6.1 寻找е＋参数和超导温度的关系 365

8.6.2 寻找е＋参数和缺陷的关系 368

8.6.3 寻找е＋参数和相结构的变化的关系 370

8.6.4 改变超导体中某些元素的含量引起е＋参数的变化 372

8.6.5 寻找超导体在热处理前后氧含量的变化 377

8.6.6 超导体е－结构和费米面的测量 378

8.7 正电子湮没在陶瓷中的应用 378

8.8 正电子湮没在沸石中的应用 381

参考文献 384

第九章 正电子湮没在聚合物中的应用 389

9.1 聚合物的性质 389

9.2 用正电子湮没研究聚合物 391

9.2.1 正电子湮没在聚合物和分子固体中主要特点 392

9.2.2 正电子湮没谱 393

9.2.3 电子偶素形成的自由体积模型 394

9.2.4 刚性分子固体中的正电子湮没 395

9.3 相变 395

9.3.1 固-固相变 395

9.3.2 固-液相变的分子材料 397

9.4 聚合物的玻璃态转变 397

9.4.1 齐聚的苯乙烯和正三联苯 397

9.4.2 热塑性聚合物系统 400

9.4.3 共聚物 406

9.5 聚合物的物理老化 406

9.6 研究聚合物中的缺陷 407

9.6.1 拉伸 407

9.6.2 压力的影响 408

9.6.3 γ辐照对聚合物微观结构的影响 410

9.6.4 电场的影响 410

9.6.5 自由体积的各向异性 411

9.7 聚合物化学成分和所含气体对正电子测量的影响 412

9.7.1 化学成分的影响 412

9.7.2 气体渗透的影响 413

9.8 热固体系统 环氧树脂 414

9.9 正电子湮没方法在液晶相变研究中的应用 416

9.10 结论 418

参考文献 418

第十章 慢正电子湮没谱学 423

10.1 前言 423

10.2 慢正电子的获得 424

10.2.1 慢正电子谱仪中快正电子的获得 424

10.2.2 如何降低正电子的能量 426

10.2.3 慢化体和它的效率 427

10.2.4 慢化体的研制 428

10.2.5 加电场慢化体 430

10.2.6 慢化体的几何结构 431

10.2.7 二次慢化和亮度增强 431

10.3 慢正电子束的输运和测量 434

10.3.1 慢正电子束的输运 434

10.3.2 慢正电子束的探测 436

10.4 慢正电子束用于散射研究 437

10.4.1 慢正电子和固体相互作用的初级阶段研究-正电子和固体的散射 437

10.4.2 慢正电子研究固体表面势 438

10.4.3 慢正电子在金属中的慢化 439

10.4.4 慢正电子在半导体和离子固体中的慢化 440

10.4.5 慢正电子在绝缘体中的慢化 441

10.4.6 慢正电子注入剖面 441

10.5 慢正电子束研究中的扩散过程 444

10.5.1 扩散 444

10.5.2 金属中的慢正电子扩散理论 447

10.5.3 表面扩散理论 449

10.5.4 金属中的正电子 实验观察 450

10.5.5 半导体中正电子的扩散 450

10.5.6 Ps扩散 452

10.6 表面研究 452

10.6.1 功函数的研究 453

10.6.2 正电子功函数的测量 455

10.6.3 表面的重发射正电子 459

10.7 表面PS的形成和发射 461

10.7.1 Ps发射的依据 461

10.7.2 eV量级能量(高能)Ps的形成 462

10.7.3 热Ps的形成 463

10.7.4 Ps从绝缘体和分子晶体中发射 465

10.8 慢正电子束应用于缺陷研究 465

10.8.1 体缺陷研究 466

10.8.2 表面缺陷 467

10.8.3 界面和多层结构 468

10.8.4 缺陷的深度剖面 470

10.9 慢正电子束部分的说明 474

参考文献 475

第十一章 正电子湮没应用于高级物理实验 481

11.1 正电子是大学物理的教学实验中很好的题目 481

11.2 正电子寿命谱用于诊断单晶，微晶和非晶的结构 482

11.3 多普勒增宽谱测量费米能级 482

11.4 γ光子速度的测定 483

11.4.1 γ光子的速度 483

11.4.2 利用正电子湮没的测量原理 483

11.5 康普顿剖面的测定 486

11.5.1 测量原理 486

11.6 原子激子的验证 487

参考文献 489