慢正電子譜學(xué)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)演示文稿

慢正電子譜學(xué)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六（優(yōu)選）慢正電子譜學(xué)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23一、正電子概況現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子發(fā)現(xiàn)PredictedbyDirac2023/4/23現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23PredictedbyDiracFoundbyZ.Y.Zhao正電子發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六(1902—1998)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系的創(chuàng)建者和首任系主任

1930年春天，趙忠堯先生在CIT實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，γ射線被鉛散射時(shí)，除康普頓散射外，伴隨著反常吸收還有一種特殊的光輻射出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)測(cè)定的這種特殊輻射的強(qiáng)度是大致各向同性的，并且每個(gè)光子的能量與一個(gè)電子質(zhì)量的相當(dāng)能量很接近。它揭示了一種新的反應(yīng)機(jī)制。趙忠堯?qū)⑦@個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫成第二篇論文，題目為《硬γ射線的散射》，并于1930年10月在美國(guó)《物理評(píng)論》雜志上發(fā)表。

趙忠堯2023/4/23現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23PredictedbyDiracFoundbyZ.Y.ZhaoFoundincosmicRadiationsby

Anderson

正電子發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六PositronCloudChamber

PhotographLargercurvature

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1905-19912023/4/23現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23PredictedbyDiracFoundbyZ.Y.Zhao1932

FoundincosmicRadiationsby

Anderson

1940’sFirststudiesofElectronicstructures1950’sEstablishmentofPositronAnnihilationSpectroscopyFirstLINACbasedPositronGeneration1982Slowpositronbeams正電子發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子的性質(zhì)質(zhì)量：等于電子質(zhì)量電荷：與電子電荷數(shù)量相等磁矩：與電子磁矩相等，ge/2m0c壽命：在真空無(wú)電子環(huán)境，>21021年正電子屬輕子族，所以它是費(fèi)米子，遵守Fermi-Dirac統(tǒng)計(jì)；不直接參與強(qiáng)相互作用。2023/4/23現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子產(chǎn)生b+-decaypairproduction(g->e++e-)2023/4/23現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六(22Na->22Ne+e++ue+g(1.28MeV))2023/4/23現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六PositroniumQuantumpictureClassicalpicturee-densitye+densityjointdensity2023/4/23現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Theresultingapproximationfortheground-stateenergyofpositroniumis-6.811±5.05×10-4eV,whichagreesfavorablywiththeacceptedvalueof-6.805eV.2023/4/23現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Thetheoreticalcalculationo-PslifetimebycompletionofthefullsecondorderinaQEDcorrections(~230ppm)is

l=7.039979(11)ms-1(1.6ppm)Experimentalresult(2001):l=7.0404(10)(8)ms-1,t=142.037+-0.026(ns)2023/4/23現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六二、正電子湮滅探測(cè)技術(shù)2023/4/23現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子壽命測(cè)量技術(shù)多普勒展寬測(cè)量技術(shù)二維角關(guān)聯(lián)技術(shù)壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)測(cè)量技術(shù)3g測(cè)量技術(shù)壽命-幅度關(guān)聯(lián)測(cè)量技術(shù)慢束正電子衍射技術(shù)PAES微束2023/4/23現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子技術(shù)的優(yōu)越性各種電鏡、盧瑟福背散射、中子衍射、深能級(jí)瞬發(fā)譜、二次離子譜等，雖然各自給出了許多有價(jià)值的結(jié)果，但這些方法基本上不能給出原子尺度局域缺陷及微觀物相變化的信息，并且多為破壞性測(cè)量或造成較大的輻照損傷。正電子技術(shù)是一種無(wú)損和高靈敏的探測(cè)技術(shù)，對(duì)復(fù)雜材料的分析具有明顯的優(yōu)越性。正電子探針已在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮了巨大的作用，廣泛地應(yīng)用于研究凝聚態(tài)材料、介孔材料、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體、納米材料、高聚物化學(xué)、量子信息等學(xué)科，同時(shí)也在工業(yè)方面有著巨大的應(yīng)用潛力，受到各國(guó)科學(xué)接和工業(yè)界的重視。2023/4/23現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子技術(shù)的優(yōu)越性

對(duì)缺陷及原子尺度的微結(jié)構(gòu)變化極為靈敏；無(wú)損探測(cè)；可探測(cè)真實(shí)表面（幾個(gè)原子層）的物理化學(xué)信息；探測(cè)物體內(nèi)部局域電子密度及動(dòng)量分布；正電子是電子的反粒子，容易與電子分辨,又可形成電子偶素；慢正電子技術(shù)具有能量可調(diào)性，因而可獲得缺陷或結(jié)構(gòu)不均勻性沿樣品深度的分布。2023/4/23現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六OM:OpticalMicroscopy nS:neutronScatteringTEM:TransmissionElectronMicroscopyXRS:X-RayScatteringSTM:ScanningTunnelingMicroscopyAFM:AtomicForceMicroscopy正電子技術(shù)與其它技術(shù)2023/4/23現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六主要湮滅途徑：?jiǎn)喂庾?，雙光子和三光子正電子湮滅單光子湮滅只有存在著吸收反沖動(dòng)量的第三個(gè)粒子時(shí)才有可能。2023/4/23現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六在費(fèi)曼圖中，每增加一個(gè)頂點(diǎn)，湮滅截面就要乘以一個(gè)因子a，a是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)對(duì)單光子湮滅，還要乘以減弱因子，因?yàn)殇螠缰挥写嬖谥辗礇_動(dòng)量的原子附近發(fā)生，這個(gè)因子正比于a3。所以三種湮滅之間的關(guān)系為：2023/4/23現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子湮滅基本測(cè)量技術(shù)2023/4/23現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六壽命測(cè)量2023/4/23現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Positronlifetimesforsomesemiconductors.ThesolidandopencirclesgivetheGGAandLDAresultsasafunctionoftheexperimentalones,respectively.2023/4/23現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六實(shí)測(cè)的正電子壽命譜2023/4/23現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六鋁的熱平衡缺陷聚乙烯的熱弛豫過程2023/4/23現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Positroninteractionswithcondensedmatter

2023/4/23現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六AtypicalPALSspectrumwiththreefilmPslifetimesfittedusingPOSFIT.2023/4/23現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六T-E公式Tao1972,J.Chem.Phys.56,5499Eldrupetal.1981Chem.Phys.63,51

,如果半徑>2.3nm

whereinair=100nsbutinvacuum142ns

2023/4/23現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

Thedependencyofo-Pslifetimeversustheporeradiusaccordingtothe

Tao-Eldrupequation.2023/4/23現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

ComparisononPALStechniquewithothermethods

2023/4/23現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六OpenPorosity

Ps在室溫下的速率為8106cm/s,在壽命期內(nèi)在直徑為5-10nm的介孔內(nèi)可以有1-2106次碰撞.Ps可以容易地?cái)U(kuò)散回到真空表面,大部分的Ps湮滅發(fā)生在表面真空(142ns).2023/4/23現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六典型的開介孔壽命譜.一個(gè)較短壽命(<0.5ns)的特征峰來(lái)自于正電子或Ps在介孔和塊體上的湮滅;另一個(gè)長(zhǎng)壽命分量占(35-40%).aporoussilicafilm長(zhǎng)壽命分量的擬合值是140ns,即在真空中湮滅.表明介孔內(nèi)部是高度連通,Ps可以容易擴(kuò)散到真空表面.開介孔2023/4/23現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六ACu-cappedporoussilicafilm:35nsand3.5ns;Oxide-cappedsilicafilm:94ns;ThisreductionofthePslifetimeisalmostcertainlyduetoCucoatingontheinnerporesurfaceswherePsannihilationwouldbeenhancedbythehighdensityoffreeelectronsinCu.

2023/4/23現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六多普勒展寬2023/4/23現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六提高峰底比~1052023/4/23現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六元素的“指紋鑒別”2023/4/23現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六比例親和勢(shì)(eV)湮滅比例AlMgCr97.25/2.5/0.25-4.41/-6.18/-2.6269.6/29.8/0.62023/4/23現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六二維角關(guān)聯(lián)Qx,y=px,y/mocResolution:0.2~5mrad(0.05~1.2keV)2023/4/23現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

e+-e-湮沒產(chǎn)生的2γ的夾角與180°有一微小的偏離。實(shí)驗(yàn)同時(shí)測(cè)量e+-e-湮沒產(chǎn)生的2γ關(guān)聯(lián)信號(hào)，可以獲得電子動(dòng)量分布信息，并且可進(jìn)一步得到費(fèi)米面形貌，研究能帶結(jié)構(gòu)等。同CDB相似,二維角關(guān)聯(lián)（2D-ACAR）可以由e+-e-凐滅的動(dòng)量分布來(lái)獲得電子結(jié)構(gòu)的信息，特別對(duì)單晶材料。2023/4/23現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

The‘longlaboratory’A2D-ACARsetupcoupledtotheintense(8*107e+/s)monochromaticslowe+beamPOSH(POSitronsfromtheHORreactor)isusedfordepth-selectiveresearch.2023/4/23現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六壽命-動(dòng)量關(guān)聯(lián)2023/4/23現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六AMOC技術(shù)按測(cè)量壽命的起始觸發(fā)信號(hào)分，主要有兩種：采用觸發(fā)γ（1.28MeV）作起始信號(hào)，即所謂的AMOC-γγΔEγ技術(shù)；采用正電子作起始信號(hào)，即AMOC-β+γΔEγ技術(shù)。2023/4/23現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六AMOC應(yīng)用O-Ps在凝聚態(tài)物質(zhì)中的湮沒主要有以下幾種形式：

pick-off湮沒正-仲轉(zhuǎn)換磁猝滅化學(xué)猝滅正電子凝聚態(tài)物質(zhì)中的湮沒2023/4/23現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六“pickedoff”annihilation

2023/4/23現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六在液態(tài)Ar和Kr中在3ns處有一極大值。分析表明，液態(tài)Ar和Kr中有Ps氣泡從一個(gè)附加的delocalized亞穩(wěn)o-Ps態(tài)中形成2023/4/23現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六p-Ps和o-Ps熱化湮滅的各種特性。2023/4/23現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

3gmeasurement2023/4/23現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六相變2023/4/23現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2D-PALS2023/4/23現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是85頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Positronlifetimespectra(upper)andthree-gammaratio(lower)asafunctionofannihilationtimeforcapped()andnoncapped()porousSiO2films.2023/4/23現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六慢正電子束技術(shù)2023/4/23現(xiàn)在是87頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Tableshowstypicalvaluesfortheefficiency,emissionenergyandenergyspreadofselectedmaterialsanddifferentgeometries.2023/4/23現(xiàn)在是88頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是89頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是90頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六我國(guó)第一個(gè)慢正電子束裝置2023/4/23現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六A=4.0μgcm-2keV-1.6平均注入深度隨能量變化大約從1nm到幾個(gè)mm。2023/4/23現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是93頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六SiC單晶在不同條件退火后缺陷的變化2023/4/23現(xiàn)在是94頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六脈沖慢正電子束2023/4/23現(xiàn)在是95頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六Cross-sectionalviewofthechopperandbuncher.2023/4/23現(xiàn)在是96頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是97頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是98頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是99頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六正電子衍射（低能和高能）PAES技術(shù)正電子表面研究技術(shù)2023/4/23現(xiàn)在是100頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

幾十多年以來(lái)，科學(xué)家們致力于尋找最合適的研究固體表面的探針，電子、正電子、光子、原子和離子都可作為研究表面的探針，然而，一個(gè)理想的表面結(jié)構(gòu)探針應(yīng)該具有以下的2個(gè)基本特性：粒子與表面的相互作用應(yīng)該較弱，以使測(cè)量結(jié)構(gòu)可以被精確地模擬計(jì)算。

粒子必須要有小的平均自由程(<30A)，即要對(duì)表面靈敏；

2023/4/23現(xiàn)在是101頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六

正電子最合適作為表面探針的理想粒子：因?yàn)樗诠腆w中的平均自由程很短，事實(shí)上，對(duì)能量低于200eV的正電子，其平均自由程比電子平均自由程要短；對(duì)能量大于200eV的正電子，平均自由程與電子類似。因此正電子對(duì)最初的3-4層原子層特別靈敏。正電子的散射因子與X-射線和電子基本類似。而電子的散射因子有尖銳的各向異性角分布，而正電子的角分布圓滑變化。2023/4/23現(xiàn)在是102頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六2023/4/23現(xiàn)在是103頁(yè)\一共有115頁(yè)\編輯于星期六20