4f体系铈镧合金高温相变机理及其对光学性质的影响

In order to better exploit the properties 4f-block metals, it is perceived that an improved understanding of the crystal structure of lanthanide at high temperatures as well as the concomitant phase change and oxidation behaviour is necessary. It focused on the mechanical and structural properties in the past, but the study on optical properties of lanthanide at high temperatures was few. In this project, we present an optical research to characterize the phase transformation of Ce-La alloys by spectroscopic ellipsometry. The temperature dependent optical properties of Ce-La alloys will be acquired by ellipsometry, and the shift is observed to indicate the phase transformation. The optical properties of Ce-La alloys with several specifically temperatures will be analyzed to investigate the transition of band structure induced by phase transformation, and continuous ellipsometric parameters with varying temperature will be measured to represent the phase change point. The transformation properties of Ce-La alloys with different composition can be studied by spectroscopic ellipsometry. This work will help us understand more about the optical properties of 4f-block metals, and the temperature dependent band structures can be discussed from the optical properties.

为了更好的研究4f体系金属材料的性质，深入理解镧系金属在高温下伴随着相变和氧化过程的晶体结构有着重要的研究意义。过去的研究主要集中在研究力学性质和结构特性上，对镧系金属在高温下的光学性质的研究较少。在本项目中，我们提出通过椭圆偏振光谱方法来研究铈镧合金高温下的相变特性。利用椭偏方法，我们可以获得铈镧合金的光学性质随温度变化的规律，并且通过观察其光学性质的突变来反映相变过程。通过研究几个特定温度下铈镧合金的光学性质，可以得到相变导致能带结构的变化规律；同时通过连续测量椭偏参数随温度的变化，可以直接反映发生相变的温度点。不同组分铈镧合金的相变特性同样可以通过椭偏方法获得。本项工作可以帮助我们更深入的理解4f体系材料的光学性质，并且可以由光学性质分析材料的能带结构随温度的变化规律。

本工作研究了铈镧合金的光学性质随组分的变化规律。我们发现不同组分铈镧合金的性质很难通过X射线衍射、俄歇电子能谱、拉曼光谱等方法区分，但是不同组分铈镧合金的光学常数明显有区别，而这一区别可以通过椭圆偏振光谱方法表征出来。通过椭偏方法，铈镧合金的光学常数和表面氧化层的光学常数分别通过DL模型和Lorentz模型拟合得到，同时我们还得到了Ce-10%wt La表面的初始氧化规律。从不同组分铈镧合金的光学常数可以得到，随着La含量的增加，铈镧合金电子能带结构的价带与费米能级的间距逐渐变大。.另一方面，铈镧合金的光学性质随温度的变化同样通过椭偏方法进行了研究。通过椭偏方法我们得到了 25℃、70℃、147℃、211℃等几个温度点下Ce-5%wt La的光学常数，发现在147℃以下，铈镧合金的光学常数几乎没有差异，而211℃的光学常数明显不同。对照铈镧合金的相图我们可以看到，在149℃以下，Ce-5%wt La是（βCe，αLa）相，而在149℃转变为（γCe，βLa）相，结合椭偏的结果来看说明相同相结构下铈镧合金的光学常数随温度几乎没有变化，而温度导致相结构发生变化时光学常数明显不同。进一步的，我们通过椭偏方法研究了Ce-5%wt La、Ce-15%wt La、Ce-25%wt La的相变温度点，发现随着La含量的增加，相变温度点逐渐升高，这也与相图结果一致。通过椭偏的方法，可以用来分析合金的相变温度点。