Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
(Ga,Fe)Sb is a promising magnetic semiconductor (MS) for spintronic applications because its Curie temperature (TC) is above 300 K when the Fe concentration is higher than 20%. However, the anisotropy constant Ku of (Ga,Fe)Sb is below 7.6 × 103 erg/cm3 when Fe concentration is lower than 30%, which is one order of magnitude lower than that of (Ga,Mn)As. To address this issue, we grew Ga1-x-yFexNiySb films with almost the same x (≈24%) and different y to characterize their magnetic and electrical transport properties. We found that the magnetic anisotropy of Ga0.76-yFe0.24NiySb can be enhanced by increasing y, in which Ku is negligible at y = 1.7% but increases to 3.8 × 105 erg/cm3 at y = 6.1% (TC = 354 K). In addition, the hole mobility (μ) of Ga1-x-yFexNiySb reaches 31.3 cm2/(V?s) at x = 23.7%, y = 1.7% (TC = 319 K), which is much higher than the mobility of Ga1-xFexSb at x = 25.2% (μ = 6.2 cm2/(V?s)). Our results provide useful information for enhancing the magnetic anisotropy and hole mobility of (Ga,Fe)Sb by using Ni co-doping.
magnetic semiconductor molecular beam epitaxy Fe-Ni co-doping magnetic anisotropy hole mobility Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012101
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621900
为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响，利用选区激光熔化（SLM）技术制备了不同成形取向的316L冲击构件，并比较了SLM态、1050 ℃热处理态以及1100 ℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明，按冲击韧性从大到小排列，依次为SLM态、1100 ℃热处理态、1050 ℃热处理态。随着热处理温度的升高，冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态，XY-Z样的冲击韧性比XZ-X样和XY-X样更好，但热处理之后XY-Z样的冲击韧性反而最差。同时，热处理之后亚晶组织逐渐消失，夹杂物粗化，晶粒尺寸增大，大角度晶界增加，逐层制备的多层结构被破坏，晶粒织构发生变化，这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。
激光技术 选区激光熔化 316L 冲击韧性 各向异性 热处理 中国激光
2024, 51(12): 1202302
华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510641
重点研究了激光选区熔化成形纯锌（Zn）的微观组织和力学性能的各向异性及产生机理。分别对垂直和平行两个构建方向的纯锌试样进行了试验研究，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对晶粒尺寸、形貌、取向和分布进行了表征。结果表明：纯Zn试样在垂直平面上存在粗柱状晶，平均晶粒尺寸约为17.24 μm，晶粒取向优先沿方向生长；在水平平面上则表现为等轴晶粒，表现出较弱的与纤维织构，等轴晶的平均晶粒尺寸为10.21 μm，相比垂直平面减小了约40.8%。沿水平平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为123.5 MPa和11.7%，而沿垂直平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为108.0 MPa和14.1%。SLM成形纯锌在微观结构与力学性能上均存在明显的各向异性：沿水平平面成形的试样的强度高，归因于更细小的晶粒尺寸和更大的初始位错密度；沿垂直平面成形的试样的延展性更好，则是因为更多的高角度晶界有效阻碍了裂纹偏转。研究结果揭示了激光选区熔化增材制造纯Zn的微宏观各向异性机理，为Zn在医用植入物中的应用提供了理论参考。
激光技术 激光选区熔化 纯锌 各向异性 力学性能 微观组织
1 岭南师范学院机电工程学院，广东 湛江 524048
2 广东工业大学机电工程学院，广州 510006
采用放电等离子快速加热，通过外径限制环压缩法进行烧结-锻造，获得了晶粒向心取向的织构化SiAlON陶瓷，并对其显微结构、织构化程度和力学性能各向异性特点进行了分析。结果表明，SiAlON陶瓷棒状晶粒c轴(长轴)高度平行于圆柱样品的直径方向，形成辐射状取向。在垂直加压方向和平行径向的截面，SiAlON陶瓷晶粒的c轴与径向夹角的平均值分布为19.2°和9.9°，向心取向织构化程度为0.79。在垂直加压方向截面的硬度比垂直径向截面的硬度高12%左右，达到17.85 GPa；抗弯强度在断裂面垂直径向时比断裂方向平行径向高57%左右，为1 341 MPa；断裂韧性在裂纹扩展垂直径向时比平行径向的高74%左右，为6.27 MPa·m1/2。
织构化 向心取向 各向异性 SiAlON SiAlON texture centripetal alignment anisotropy
1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。
单晶硅 湿法刻蚀 表层形貌 晶面 各向异性 活性剂 蒙特卡罗 仿真 mono-crystalline silicon wet etching surface morphology crystal plane anisotropy surfactant Monte Carlo simulation
1 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室, 广州 510640
2 广东建科创新技术研究院有限公司, 广州 528400
3 中铁建设集团南方工程有限公司, 广州 511400
本文将回字形3D打印混凝土试样切割成中心回字型、边缘条纹型和角部拐角型三种类型试块, 开展X、Y和Z三个方向的抗压强度试验, 并利用基于界面黏结的有限元模型模拟其受压行为, 探究回字形3D打印混凝土的强度不均匀性、各向异性和形成机理。结果表明: 三种类型试块均为X向(顺打印条带方向)抗压强度最高, Z向(逐层叠加方向)强度最小, 其中, 中心回字型试块三个方向的平均强度最高, 各向异性也最显著, 但总体而言三种类型试块的平均强度差异不大; 有限元模型的强度计算结果及损伤特征与试验结果基本吻合, 说明黏结单元的引入能较好地模拟3D打印混凝土的界面行为; 与受力方向垂直的水平界面对强度影响较大, 不同加载方向上此类界面的数量和分布不同是导致3D打印混凝土强度各向异性的主要原因。上述研究为3D打印混凝土的打印路径规划提供了参考。
3D打印混凝土 回字形 数值模拟 界面黏结 黏结单元 各向异性 3D printing concrete rectangular-ambulatory-plane numerical simulation interface bonding cohesive element anisotropy
1 长安大学材料科学与工程学院，西安 710061
2 长安大学工程机械学院，西安 710061
3 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室，北京 100095
陶瓷型芯在航空发动机空心涡轮叶片的熔模铸造中起到关键作用。3D打印技术作为新一代的成型技术，具有无需模具、制造周期短、精度高等优点，正在逐渐替代传统的陶瓷型芯制备工艺。本文总结了光固化技术、选择性激光烧结、直写成型技术和分层挤出成型等目前在陶瓷型芯领域使用较多的3D打印技术，针对3D打印陶瓷型芯打印精度低、力学性能与气孔率适配性差、结构性能各向异性等局限性探讨了性能优化研究现状，并对该领域的发展进行了展望。
陶瓷型芯 3D打印技术 光固化技术 打印精度 力学性能 各向异性 ceramic cores 3D printing light curing technology printing accuracy mechanical properties anisotropy
1 湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室，湖南 长沙 410082
2 湖南大学粤港澳大湾区创新研究院，广东 广州 511300
液晶作为一种介于液态与结晶态之间的功能性软材料，可以同时表现出液体流动性和晶体的各向异性，被广泛应用于图像显示、集成光电子学、光通信等领域。近年来，由于液晶理论研究的深入及其加工技术的发展，液晶在几何相位、动态可调谐等光场调控方面的优势推动了光学器件的平面化、集成化、智能化和小型化。综述了液晶在光场调控方面的最新应用进展，具体讨论了其对光波振幅、相位、偏振等多维度参数的调控特性，进而探讨了液晶在多功能光学器件和光学加密系统中的应用。
光数据存储 液晶 光场调控 各向异性 几何相位 多功能 光学加密 中国激光
2023, 50(18): 1813006
1 陕西学前师范学院 信息工程学院，西安 710100
2 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
研究了THz波段强降雨环境下电磁源的辐射特性。基于通用的麦克斯韦方程组和解析分析，提出了各向异性介质中的洛仑兹规范，得到了矢量势的非齐次波动方程及矢量势的精确表达式，并证明了它们的有效性。获得了各向异性介质中电偶极子的辐射场，将各向异性介质退化为各向同性时，得到的辐射场与已有资料中的辐射场一致。基于石膏晶体和强降雨介质的各向异性参数，对电偶极子的辐射特性进行了物理模拟和分析，结果发现：介质的各向异性对其中电磁源辐射有着显著的影响，强降雨中电磁源的辐射具有较弱的各向异性。
辐射 雨介质 电磁势 各向异性 THz波 radiation rain media potential anisotropy THz wave 强激光与粒子束
2023, 35(6): 063003
