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答网友问题:薄膜的电子应力

已有 8582 次阅读 2009-12-31 01:24 |个人分类:电子密度理论|系统分类:科研笔记| 电子应力, 原子相图

答网友问题:薄膜的电子应力

我们知道,关于固体的热容(比热),有两部分:点阵对热容有贡献,电子对热容也有贡献。反过来说就是热容的点阵效应和热容的电子效应。

关于热膨胀效应也是一样的。

点阵对热膨胀有贡献,电子(自旋)对热膨胀也有贡献。

著名的因瓦合金(invar),在很大的温度范围内,其热膨胀系数非常小,可以认为是0。因瓦合金的发明者,C. E. Guillaume由于发明因瓦合金而获得1920年的诺贝尔物理学奖

解释因瓦合金的零膨胀系数是很多年以后的事情了。

点阵对热膨胀的贡献是正的(点阵振动的非简谐效应),电子(自旋)对热膨胀的贡献是负的。在因瓦合金中,当温度升高时,电子(自旋)对热膨胀的贡献很大,足以抵消点阵对热膨胀的贡献,结果这种合金的膨胀系数几乎为0

   关于应力问题,也存在点阵效应和电子效应的问题。

在材料(合金)中,存在电子应力的问题。在具体的合金中,电子应力能否被探测到(显现出来),是另外一个问题,就像电子对热膨胀的贡献一样,能否显示出来是另外一个问题。

想要显现电子应力,首先要尽可能降低合金中的残余应力。残余应力是点阵效应,如果残余应力很大,很难显现出电子应力的存在(起作用)。

下面回答网友的问题。

Ni是薄膜,不能太厚(厚度d不能太大),越薄效果越明显,但要比镀层厚很多。在镀前要对Ni进行退火,以消除残余应力。

Ni的一侧镀Cu后,薄膜Ni会发生弯曲,弯曲的方向是背着Cu,如图所示。

如果在Ni的一侧镀Os后,薄膜Ni也会发生弯曲,弯曲的方向是向着Os,如图所示。

   

解释如下:

   Ni处于退火状态,呈平直的薄膜,厚度为d

Ni的一侧镀Cu后,形成一个Ni/Cu界面,Ni原子和Cu原子在界面处就会接触。由于Ni原子(rws处)的电子密度为3.34Cu原子(rws处)的电子密度为3.03Ni原子和Cu原子接触时,Ni原子要膨胀,以便减小电子密度;Cu原子要收缩,以便增加电子密度。

Ni的一侧镀Os后,形成一个Ni/Os界面,Ni原子和Os原子在界面处就会接触。由于Ni原子(rws处)的电子密度为3.34Os原子(rws处)的电子密度为3.71Ni原子和Os原子接触时,Ni原子要收缩,以便增加电子密度;Os原子要膨胀,以便减小电子密度。

由于界面两侧原子的接触而产生的应力,就是电子应力。



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