【摘 要】
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功能材料的物理性能与其微观结构密切相关,深入了解材料的微观结构是合理设计、改良其物理性能的基础。随着电子显微学技术的发展,能够发现越来越多的显微结构及动力学信息,这些信息不仅决定了材料的物理性质并在其应用中起到重要作用。本论文利用球差校正透射电子显微镜研究层失配材料Sr1-pCr2Se4-p的结构特性,发现沿c方向的无公度调制结构是导致其层失配的原因（q1≈4/5c*,q2≈3/5c*）;对层状材
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功能材料的物理性能与其微观结构密切相关,深入了解材料的微观结构是合理设计、改良其物理性能的基础。随着电子显微学技术的发展,能够发现越来越多的显微结构及动力学信息,这些信息不仅决定了材料的物理性质并在其应用中起到重要作用。本论文利用球差校正透射电子显微镜研究层失配材料Sr1-pCr2Se4-p的结构特性,发现沿c方向的无公度调制结构是导致其层失配的原因（q1≈4/5c*,q2≈3/5c*）;对层状材料Na3Ni2BiO6的结构与物理性质进行研究,通过离子替换方法得到了 Sr1.5Ni2BiO6。同时,本论文使用超快透射电子显微镜对半导体Si的超快晶格动力学进行研究,观测到在皮秒量级时间尺度上研究Si的超快膨胀过程,发现在（111）与（220）晶面方向的晶格热膨胀行为具有明显的各向异性,这一发现能够为硅基高速光电器件的设计和优化提供重要物理信息。本文工作具体包含以下几方面:（1）三元硫属化合物A1-pCr2X4-p（A=Sr,Ba,Eu,Pb;X=S 或 Se）具有层失配结构和丰富的物理性能,对该类层失配硫属化合物的复杂晶体结构研究有利于深入了解其物理性质。在本文中,我们分析了 Sr1-pCr2Se4-p的层失配结构和物理性质。Sr1-pCr2Se4-p的结构由六角框架组成,具有2个分别由Sr6Cr2Se6和Sr3Se原子柱填充的通道,这3个子结构在c方向上相互调制。选区电子衍射花样（SAED）中的漫散射平面表明填充原子柱的无序排列。此外,与A1-pCr2X4-p中的其他化合物相同,Sr1-pCr2Se4-p也具有半导体特性,由于三元通道结构的电子传输能力差,其电阻非常大。同时,Sr1-pCr2Se4-p具有亚铁磁性,居里温度为Tc=150K,其剩磁为Br=0.069 emu,矫顽力Hc=6.7kOe,当施加的磁场为10Oe时,在低温下会发生磁化反转。（2）O3-型层状过渡金属氧化物Na3M（Ⅱ）2M’（V）O6是一种重要的钠离子电极材料,常作为钠离子电池的阴极,其具有较高的Na离子提取/插入能力,以及高循环稳定性。本文利用高温固相法在不同气氛下制备Na3Ni2BiO6,通过对其进行离子替换得到Sr1.5Ni2BiO6。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等技术对晶体结构进行表征,并使用振动样品磁强计（VSM）研究其在低温下的磁学性能。Na3Ni2BiO6的磁结构主要由蜂巢结构M2M’O（M=Ni）层来决定,由2/3的磁性原子M和1/3的非磁性原子M’相互包围形成,这种复杂的磁结构因产生磁受挫的可能性而受到广泛关注。Na3Ni2BiO6在11K下有长程反铁磁序,Sr1.5Ni2BiO6的磁学行为与Na3Ni2BiO6相似,并且奈尔温度稍高（14 K）。之后,我们合成了 Na3Ca2BiO6,发现Ca的引入不仅使其完全成为顺磁性,而且改变了整个蜂巢结构。（3）基于泵浦-探测技术的超快透射电子显微镜研究半导体Si的超快晶格动力学。在520 nm飞秒激光（光子能量2.38 eV）的辐照下,Si纳米颗粒（禁带宽度1.12 eV）被激发后发生晶格膨胀,通过超快电子衍射技术研究了晶格膨胀随时间的演化,发现了晶格膨胀沿不同晶面方向存在各向异性。能量密度为22.5mJ/cm2的脉冲激光下,Si的（111）晶面膨胀率相比（220）小了 0.25‰,电声耦合的时间常数也比（220）慢了约3 ps。同时,基于二维高斯拟合,开发了时间分辨多晶衍射数据处理程序,使得数据误差小于0.2‰,这保证了数据结果的可信度。
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