高压下C_(70)电输运性质的研究

【摘要】继石墨、金刚石之后,人们发现了第三种碳的同素异形体——富勒烯。最初被发现的富勒烯分子是C60和C70，它们具有独特的分子结构及物理性质和化学性质。通过大量的研究表明富勒烯在光学、磁性、超导和功能材料等方面都有着重要的应用价值及广阔的应用前景。近十几年来，对于富勒烯物质的性质随外界条件的变化而变化的研究已经展开，人们将主要研究目标放在C60上，由于高纯度的C70样品不容易得到，并且C70分子具有复杂的振动模式，此外，关于C70在高压下电输运性质变化的报道很少，而且这些报道的一些相关内容还存在着争议。因此在本论文中，我们特别针对高压下C70的电输运性质进行了研究，具体研究内容包括C70高压原位交流阻抗谱测量、高压原位直流电阻率测量、以及高压拉曼光谱测量，实验中采用金刚石对顶砧装置及高压原位电学和拉曼测量方法，其测量结果如下：由高压原位交流阻抗谱测量我们发现：压力从7.3GPa到12.3GPa区间，电阻值随压力的增加急剧下降，在12.3GPa达到最小值，之后电阻率随压力逐渐升高，说明在12.3GPa时C70分子结构发生了变化。这和Wasa等人在实验中报道结论一致，我们认为产生这种变化的原因是当压力达到11.3GPa时C70分子碳牢笼发生塌陷，产生一个非晶相，导致晶粒电阻值随着压力的增加而增大。高压原位直流电阻率的测量结果表明：加压过程中，当压力从8.4GPa加到11.4GPa时，样品电阻率下降，其原因是随着压力的增加，分子间距离减小，带隙变窄，被激发的电子密度增加，载流子浓度增大，致使电阻减小。当压力从11.4-12.2GPa时，电阻率突然下降近五个数量级，此时C70分子结构被破坏，部分牢笼发生塌陷，发生非晶化相变。而12.2GPa之后，随着压力的继续增加，分子晶体特性逐渐消失，绝缘的非晶化相变逐渐完成，导致电阻率增大，这种增大趋势一直延续到实验的最高压力35.7GPa。而卸压过程中，样品从35.7GPa开始卸压，其电阻率的值并没有恢复到初始状态下的电阻率的值，因此我们认为这种非晶相是不可逆的。由不同压力下C70的直流电阻率随温度的变化关系我们得到：在7.8-35.0GPa的压力范围内，随着温度的升高C70的电阻率始终呈现降低的趋势，这说明在此压力区间范围内C70一直保持半导体材料的传导特性，并没有出现金属化的现象。高压下的拉曼测量结果：压力从1.3GPa加到2.4GPa时，拉曼峰向低频方向移动，并且伴随着许多新拉曼峰的出现，我们认为在此压力区间发生了由fcc到rh结构的相变。压力在8.2-13.5GPa区间发生非晶化相变，当从36.2GPa卸压至初始压力后，我们得到了一个不同于初始相的拉曼光谱，所以进一步验证了C70在压力达到36.2GPa后其非晶化相变是不可逆的。
【作者】秦文文；
【导师】高春晓；刘才龙；
【作者基本信息】吉林大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】C70；高压；阻抗谱；电阻率；温度；拉曼；

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