模块 II(10 小时) 介电特性:简介、介电常数、介电极化(极化率)、介电体中的不同类型极化(电子、离子、取向和空间电荷极化、内部场(无推导)、克劳修斯-莫索蒂方程、介电损耗、击穿和强度、介电材料的应用 磁性:简介、基本定义、玻尔磁子、磁性材料的分类- 铁磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性,磁滞曲线- 软磁和硬磁材料,磁性材料的应用 超导性:一般特性、迈森效应、同位素效应、超导体中的能隙、相干长度、临界磁场、磁通量化穿透深度、直流和交流约瑟夫森效应 I 型和 II 型超导体、BCS 理论、伦敦方程、超导体的应用
引言低介电常数材料被开发出来以替代二氧化硅作为层间电介质[1]。这些材料在半导体封装、层间电介质、电子和通信设备领域显示出巨大的应用。该领域的一个潜在问题是电阻-电容延迟、串扰噪声和过度的功率耗散[2,3]。因此,研究人员使用具有更高绝缘性和更低介电常数(≤2.5或超低≤2.0)的材料[4-7]。通常,根据克劳修斯-莫索蒂方程[8],已经设计出各种方法来设计绝缘聚合物材料和具有降低介电常数值的材料。前者是具有低电偶极化学键的材料,例如脂环族基团、氟化基团,或将大摩尔体积的材料,例如氟、苯基和联苯引入*通讯作者。电子邮件:sundusm.sm@gmail.com
为什么研究这个模块?本课程是一年级课程Mate40001的延续,旨在为学生在数学方面和计算与材料科学和工程最相关的方面的坚定基础,尤其是随后的研究中所需的主题。在该模块结束时,学生将能够: - 雇用矢量计算来解决MSE中的问题。- 将傅立叶系列和傅立叶变换相关联,并应用于衍射和由部分微分方程描述的系统。- 在与弹性,各向异性介电和电导率有关的问题中操作张量代数。- 构建部分微分方程以解决MSE中的问题。- 应用矢量代数和部分微分方程来解决电磁方案中的问题。- 讨论结果不确定的实验。- 创建Python代码以实现数值方法并解决MSE中的问题。
在电子设备结构中引入层状二维 (2D) 材料是提升电子设备性能和提供附加功能的一种有趣策略。例如,石墨烯(导电性)已用作电容器 [ 1 ] 和电池 [ 2 ] 中的电极,而过渡金属二硫属化物 (TMD),例如 MoS 2 、 WS 2 和 WSe 2(半导体性),常用作场效应晶体管 (FET) 和光电探测器 [ 3 – 5 ] 中的沟道。六方氮化硼 (h-BN) 是由 B 和 N 原子排列成 sp 2 六方晶格的二维层状材料,其带隙为 5.9 eV [ 6 ]。因此,h-BN 是一种电绝缘体,并且在许多不同的应用中非常有用。到目前为止,h-BN 已被证明是一种非常可靠的 FET 栅极电介质,并且能够比高 k 电介质更好地抵抗电应力 [7,8],因为
我们证明,飞秒光脉冲的时间对比度是透明介电内部激光写作的关键参数,允许不同的材料修饰。特别是,二氧化硅玻璃中的各向异性纳米孔由10 7飞秒YB的高对比度产生:kgw激光脉冲,而不是低对比度的10 3 yb纤维激光脉冲。差异起源于纤维激光器,该纤维激光器将其三分之一的能量的能量存储在最高200 ps的脉冲后。通过激光诱导的瞬时缺陷吸收脉冲的这种低强度分数,其寿命相对较长,激发能量(例如自捕获的孔)极大地改变了能量沉积的动力学和材料修饰的类型。我们还证明,低对比度脉冲可以有效地创建层状双重结构,该结构可能是由四极杆非线性库驱动的。
利用半导体制造技术制造的光子纳米结构中的粒子加速器,并由超快固体激光器驱动,这是开发未来紧凑型粒子加速器的一种全新且很有前途的方法。近年来,在大学、国家实验室和公司的日益增多的国际合作的推动下,该领域取得了实质性进展。这些微型加速器装置的性能最终受到激光诱导材料击穿极限的限制,对于光驱动电介质来说,该极限可能比现代粒子加速器中传统使用的射频金属腔高得多,从而使可实现的加速场提高 1 到 2 个数量级。这种方法所需的激光器已在市场上销售,具有中等(微焦耳级)脉冲能量和 MHz 级重复率。我们总结了迄今为止的进展,并概述了潜在的近期应用和分支技术。
超快激光脉冲在介电时的贝塞尔束在空间形状上形成,产生了高纵横比等离子体通道,其松弛会导致纳米渠道的形成。我们报告了纳米渠道钻孔效率的强烈增强,并通过双脉冲在10至500 ps之间的延迟隔开。这使直径降低到100 nm的纳米通道形成。实验吸收测量结果表明,钻井效率的增加是由于能量沉积的结果增加所致。纳米通道的形成对应于第二脉冲吸收的急剧变化,证明了第一个脉冲产生的相变发生。这会产生一个高度吸收的长期状态。我们的测量结果表明,它与第一个激光脉冲照明后<10 ps的时间尺度内发生的温暖玻璃的半度性化兼容。
