论文部分内容阅读
随着能源问题和环境问题的日益严峻,超级计算机的能耗和散热问题极大的限制信息化社会发展速度。如何减少超级计算机的能耗而不损害环境、有效的散热或者充分利用这些热能,成为材料研究者工作的重点。本论文将分成两个部分对其进行研究。
自旋电子学器件能极大的提高超级计算机的计算速度和减低其能耗,而稀磁半导体中钴掺杂的氧化锡纳米颗粒是一种很有应用前景的自旋电子材料。在本论文中第一部分中,我们通过水热溶胶凝胶法制备了钴浓度为3.37％的钴掺杂氧化锡纳米颗粒,并且通过各种表征方法和第一性原理计算模拟详细地研究了其晶体结构、磁学性能和电子结构。我们在该样品中发现室温铁磁性。为了排除钴相关的二次相的干扰,我们采用XRD,HRTEM,Raman和XPS等分析方法对样品的进行表征并最终排除第二相。磁学性质的测量发现在样品中同时存在铁磁性和顺磁性。对此,我们通过钴掺杂的氧化锡体系的第一性原理模拟进行了解释。
热电材料能高效地给超级计算机进行散热和回收其产生的大量热能。β-Zn4Sb3是目前在中温领域中热电性能最好的材料,科研工作者已经致力研究多年,但在实验中β-Zn4Sb3仍有一些特殊行为无法解释。在本论文中第二部分,我们通过把β-Zn4Sb3处理为一个Zn掺杂的虚拟晶体Zn36Sb30,对其晶体局部结构进行了第一性原理模拟研究。我们发现这些Zn原子的缺陷解释了β-Zn4Sb3材料的Zn位置的不完全占据、局部的无序结构和Zn原子长程扩散的激活能,最终解释了β-Zn4Sb3材料极低的热导率。我们对β-Zn4Sb3中的Zn原子建立新的物理图像,从而解释了β-Zn4Sb3在实验中的掺杂行为。最后,我们为将来的研究者提出了一个改善β-Zn4Sb3热电性能新的掺杂策略。