低温原位XAFS实验技术及其应用研究

低温研究领域涉及到许多重大的科学问题，如研究高温超导、自旋电子学材料在临界温度附近的电子和原子结构变化特征是当今的研究热点。同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)具有对局域原子结构和电子结构敏感的特点，在低温条件下进行原位XAFS实验探索凝聚态物质在性能转化区间的原子和电子结构变化受到广泛的重视。本项目拟立足于合肥国家同步辐射光源，采用封闭式循环制冷方法获得良好的低温效果，研制可外加磁场、电场的荧光和透射低温原位XAFS探测装置，利用平晶-弧矢复合双晶聚焦模式提高光通量及数据信噪比，为国内低温XAFS研究的高水平用户提供实验技术支撑。应用同步辐射低温原位XAFS实验技术研究ZnO基稀磁半导体中磁性金属离子在居里温度附近发生铁磁性转换前后的原子结构和电子结构变化规律，探索稀磁半导体产生铁磁性的微观起源，为实现量子调控功能电子自旋器件提供实验依据。

依托合肥国家同步辐射大科学装置，采用封闭式循环制冷方法获得良好的低温效果，研制了荧光和透射低温XAFS 探测装置，拓展并提升了实验站功能，为国内用户建立了低温原位的同步辐射XAFS 和XRD实验技术，为用户研究物质低温结构信息的高水平研究工作做好服务支撑。在此基础上，应用低温原位的XAFS 方法进行了一系列研究。（1）研究了ZnO 基和Si基稀磁半导体的原子局域结构和电子结构，提出了Cu原子影响Co原子的迁移模型；（2）研究了新型材料（VS2、V2O3、NiS）的低温相变过程，揭示了VS2自旋密度波相变机制；（3）研究了纳米材料（Se、Au）和能源材料（Mo掺杂TiO2、TiO2纳米管阵列）的原子和电子结构，为纳米材料的结构和形貌调控提供了实验依据和理论指导。