晶体学(2)

中国的电子显微术研究始于1951年，当时钱临照和何寿安等在物理所装备的中国第一台电子显微镜上对金属单晶体初期范性形变进行电镜研究，在考察铝单晶滑移形变后的表面特征中发现许多新的物理现象。60年代，金属所郭可信和物理所李方华开展了电子衍射的研究。郭可信等研究了单晶电子衍射图的几何并对不同类型电子衍射图进行了分析；李方华等用透射和反射式电子衍射方法研究了薄膜结构与薄膜性能及其制造工艺之间的关系，并提出了一个从动力学电子衍射强度出发，寻求结构振幅的经验方法，以此测定了23烷醇晶体结构中的氢原子位置。70 年代后期，物理所和金属所都开展了高分辨电子显微术方面的工作，用点阵象技术直接观察了晶体的结构和缺陷；随后，又开展了结构象的应用研究，建立了高分辨电子显微象的模拟计算技术。半导体所、上海硅酸盐所、固体物理所等单位也先后开展了这方面的工作，在研究各种氧化物、金属、半导体等材料的晶体结构、缺陷、界面时观察到许多新的结构现象。
     80年代，物理所在高分辨电子显微术方面的研究，提出了赝弱相位物体近似的象衬理论，并在此理论的指导下，首次在高分辨电子显微象上观察到轻原子锂。1991年中科院物理所的李方华、范福海、胡建军等把直接法推广到高分辨电子显微像。建立了一种新的高分辨电子显微像图象处理方法。它综合了电子显微术和衍射分析的优点，并把最大熵原理应用于高分辨电子显微学中，借助像的解卷处理，找到了一种适用于微小晶体试样结构分析的新方法，接近衍射分辨极限，成功地测定了未知晶体结构。物理所冯国光用会聚束电子衍射方法研究了晶体的对称性和晶体缺陷，并首先指出可以用豪威（Howie）和徽伦（Whelan）发展的晶体缺陷理论来解释畸变场的会聚束电子衍射结果，提出了实现大角度会聚束电子衍射的一种新方法，还开展了电荷密度波的研究。1984 年，国外首次报道用电子衍射方法在急冷铝-锰合金中发现了具有5次对称性的20面体准晶。这种准晶无平移周期，但仍属长程有序，具有准平移周期。
     1984 年，在郭可信、叶恒强的指导下，中国科学院金属研究所的王大能发现，过渡族金属合金中的四面体密堆相的电子衍射图中衍射斑点是非周期性的五次旋转对称分布，认为这是各种纳米微畴中的 20 面体柱具有相同取向引起的。受此启发决定用快速凝固（ 10度/秒）方法制备20面体原子簇。1985年初张泽在TiVi合金中发现20面体对称准晶。这一独立发现得到了国内外的肯定。物理所冯国光等于1986年在铝铁合金中发现了有10次对称性的准晶。1987年，在郭可信指导下，北京科技大学研究生王宁和中科院北京电子显微镜实验室陈焕，首先在急冷CrNiSi合金中发现了过去认为“不允许”的 8次旋转对称准晶，他们还在急冷VNi合金中找到12次旋转对称准晶。上述几个研究单位在一系列合金中找到20多种准晶，占1987年前后国际上已知的准晶数目的一半以上。1987年前后，中科院物理所李方华、麦振洪、陈熙琛、潘广兆等在“准晶体结构和相位子缺陷”研究中，发现了介于准晶体与晶体之间的中间状态，观察到从准晶体到晶体的连续转变；阐明了 20 面体准晶、10次准晶以及8 次准晶与某一特定的相关晶体在结构上有密切联系，指出它们之间联系的媒介是线性相位子应变。
     在这些工作基础上，提出了从相关晶体结构来求定一个与准晶结构有关的高维晶体的结构，从而发展了测定准晶体结构的新方法，并测定了Al-Cu-Li和Al-Mn-Si准晶体的结构。1958年，应用物理所吴乾章与原子能所共同开展了用中子衍射方法研究晶体结构的工作，并组织了把X射线、电子和中子三大衍射技术结合起来互相补充的研究工作。1980年起，中国和法国的科学家合作成功地研制成具有国际水平的中子散射三轴谱仪和四圆衍射仪。利用这两台仪器开展了一系列工作。林泉等利用中子非弹性散射研究了晶体的旋声性，观察到在某些旋声晶体中，左旋的和右旋的圆偏振声子可能具有不同寿命的现象。1960年，原子能研究所杨桢、张焕乔等和中科院物理所李荫远开展了中子外场衍射这一课题的研究，发现当石英单晶做超声压电振荡时，衍射的中子束强度成倍增强。他们测定了增长倍数与振荡频率、中子波长的关系，以及摇动曲线宽度变化、中子的单色等性能，并对其机制做了初步分析。
     这一现象的研究导致了对在运动的或具有晶格梯度的单晶对中子衍射机制方面的广泛探讨，阐明了中子动态衍射和单晶形变对衍射的各种影响，成为目前利用运动的晶体做衍射及利用形变晶体做衍射等衍射新技术的理论基础。1974 年，他们又发现不大的直流电场，能导致α-碘酸锂某些晶面的中子衍射强度显著增大，以及与这一现象有关的弛豫现象、各向异性、温度和低温“冻结”效应、交变电场效应等。对此现象的探讨，导致 1977 年发现了直流场作用下 TGS 单晶在临界点附近的中子衍射增强现象，并引起国内外对α-碘酸锂在静电场下物理特性的广泛研究。此后，课题组又发现了TGS单晶在临界温度附近呈现的、外加静电场引起的中子衍射增强现象。