原子层热电堆材料

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1、原子层热电堆材料：物理特性与应用新型的热电堆材料被各向异性的费米而很好的描述了，于是各向异性的seebeck效应又被人们重新重视起来。早期的研究表明：当用脉冲光照射高温超导氧化物时会产生诱导电压。后来的研究表明这是由seebeck张量的各向异性系数所导致的，所以此种材料被归为原子层热电堆材料(ALT)o我们最近的研究表明：纳米尺度的多层薄膜显示了更大的原子层热电堆特性。这也印证了人们试图在纳米结构的热电堆材料中寻找更大性能系数(ZT)的热电材料想法。对ALT材料的研究不仅提出了对这些材料各向异性的传输性质的深刻见解，而且为这些材料的应用提供可能性的因子。例如：光探测器，微冷却器

2、。通过测暈ALT材料在各种扰动下的性质，发现了各向传输异性的的信息，由于纳米态的共存，有时用别的工具很难发现这些材料中的这些信息,本文还讨论了一些有待解决的问题和此研究方向的未来发展。1引言激光诱导电压的试验首先有常等人完成。在此试验中YBCO薄膜被用作光探测器，他们发现当有脉冲激光照射YBCO薄膜表而时就会产生诱导电压，，证明了这种LITV信号是市HTSC(高温超导)氧化物屮的各向异性的热电性质所引起的。这些膜吸收入射光，使得薄膜上表而发热，很快它的上表面与下表面就会产生温度梯度。因为seebeck张量系数的不同，这种温度梯度就产生了电压。这些热电的各向异性源于费米血的各向异

3、性，这也引起了在不同导电性的HTSC氧化物中的原子层不同性质。它们的这种性质就像热电偶的两片金屈，因此这种材料被称作原子层热电堆。如果这种薄膜生长在倾斜的衬底上还会有更大的LIV信号因为这个倾斜的衬底会在分界面提供更多的原子层枢纽。图1展示的是脉冲为20ns的激光诱导的感生电压的时间响应。Lengfellner等人第一次定量的描述了此种现象，后来在ALT材料发现的这种信号就被定义为激光感生热点电压(LITV)。在此以后就有更多的HTSC氧化物，女口：YBCO,BiSrCaCuO,TiBaCaCuO等引起了人们的研究兴趣，而且它们都表现出了相似的效应，基于这些研究，有人设计了光电

4、探测器，热辐射热议和光子计数仪具有更优越的性能。其中明显的优点是，它们在室温下在更宽的光谱范围内起作用，具有更快的响应时间，而且没有附加条件。LaCaMnOj/LaAlOs(15°)0.03目0.02口0.010-0.01-20002004006008001000Time(ns)图1.典型的生长在15°倾角的LAO基底上的LaCaMnO3薄膜的激光感生电压，一个是退火(Annealed)的，另一个是刚长成(Asgrown)的。1998年，Habermeier等人在生长在倾斜的衬底上的LaCaMnO薄膜上发现了类似的效应，这表明ALT性质不仅存在于HTSC氧

5、化物，还存在于其他材料。另一方而猛酸钢一一因为巨磁阻而引起人们的极大兴趣一—也应为其物理特性和应用潜能引起了人们的诸多关注，这些发现扩展了它们的应用范围。而且对强关联电子的规律有更深刻的认识。ALT材料的LITV信号对能是一个普通的现彖，很明显这些效应可应用与多种仪器。然而，这些设备的参数与材料的相应的宏观特性Z间并没有非常精细的联系。我们基于平而热源和热辐射模式得到了一个新的公式。这个公式不仅把仪器性能和材料的特性联系起来了，而且更清楚的解释了ALT材料的物理机制。最近，几种新的ALT材料被报道了，它们都属于Ruddles-popper族的。由于它们不同的物理性质，它们在不同

6、光谱范围和响应适用于此公式。新的试验表明生长在倾斜衬底上的超点阵薄膜有更强的LITV信号。我们将会在本文的第三部分讨论这些新的ALT材料。ALT材料最先是rh于其在室温下有较快的响应时间，宽的光谱响应范闱被应用于光探测的，而且没有其他的附加条件。根据逆效应的Peltiei•效应(seebeck效应)有人设计了微冷却器，样品和仪器的设计思路将在第四部分给出。対HTSC氧化物和CMR薄膜的LITV的测量可以提供这些材料的重要微观信息。各向界性的seebeck效应的系数可以直接获得。这对传导性能的研究十分有价值。在强关联电子系统中，像HTSC和CMR,目前的研究主要聚焦在相位共存的性

7、质方向。在HTSC和CMR44侧得的LITV信号，对参杂量、张力，氧含量，电荷与轨道次序，以及外界的微扰，比如说温度、磁场、压强。材料屮的传导各向异性被看做非常重要，而且很难通过其他试验方法获得。尽管CMR材料的ALT模型和传导机制已经被很好的建立了，但是在这些研究中还是有很多未解决的问题，例如：为什么CMR材料在立方晶系和顺磁态是表现出各向异性seebeck效应，别的材料有更好的ALT性质吗？这些问题将会在本文后面做一个小结！2基本原理图2.(a)原子层热电堆结构以及相关坐标,(b)测量L