慢正电子束技术发展及薄膜材料基础研究

在我国自主研制的慢正电子束和脉冲慢正电子束装置上发展新型数字化的探测技术：寿命-动量关联技术(AMOC)、寿命-幅度关联技术(2D-PAS)、电子偶素飞行时间技术(Ps-TOF)，探索采用大面积探测器提高探测效率的途径。实现正电子对薄膜材料在时间(寿命)、空间(深度)、能量(幅度)、动量的全信息的探测及关联分析，建立正电子研究薄膜材料的综合研究平台。建立物理模型，实现正电子对薄膜、表面和界面的原位无损定量分析。在这些技术建立的基础上，选择凝聚态物理中典型的多孔材料、航空航天领域的热控薄膜和涂层材料、光伏产业中的硅薄膜材料进行系统地基础物理问题研究；研究材料微结构随温度、粒子辐照、强光辐照等外部物理条件改变带来的改变，由此建立与它们的宏观物理特性改变的关系，为相关的产业和科学研究提供重要的实验依据。使我国的慢正电子技术成为国内研究机构在薄膜、表面和涂层材料的新型的科学研究平台。

在项目实施的四年中，中国科大课题组和高能所课题组完成了独立设计的有自主知识产权的三条慢正电子束装置的性能优化、升级和系统性能的改进。这也是我国仅有的三条自主设计的慢正电子束流装置，为我国在国际正电子界争得一席之地，该平台已成为我国材料科学领域上一种重要的测试手段。. 在本项目的支持下， 中国科大和北京高能物理研究所两个课题组在正电子湮没信号的探测技术上进行了创新和发展， 共成功研制了五套性能优越的新型正电子湮没探测谱仪，分别是电子偶素飞行时间 (Ps-TOF)谱仪、慢束上的寿命-动量关联 (S-AMOC)，三探头寿命-动量关联 (AMOC)谱仪、二维正电子湮没寿命谱仪（2D-PAS）和数字化正电子湮没寿命谱仪（Digital-PAS）。这五套谱仪在技术指标上都达到了国际同类谱仪水平，在设计思想上有独特的创新。这些新技术的建立，使我国在正电子湮没测量技术上与国际保持同等水平。 结合慢正电子束技术，实现了正电子作为探针对薄膜材料在时间(寿命)、空间(深度)、能量(幅度)、动量等的全信息的探测及关联分析，成为薄膜材料微结构的综合研究平台，这将对我国开展在正电子湮没的拓展应用将起到重要作用。. 在建立的正电子湮没科学研究平台上，本项目开展了材料微结构特性的基础研究。涉及研究的有材料的导电性能机理、金属绝缘体转变、铁基超导体材料的超导电性、太阳能薄膜材料性能、多孔硅材料修饰、碳纳米管的电子组态、材料的磁性等。本项目还发展了正电子湮没理论分析及其相关计算方法，可以计算正电子湮没寿命、多普勒展宽、角关联等各种正电子湮没参数。通过先进的正电子湮没探测手段并结合理论计算和分析，得到了很多关于材料微结构特性的重要结论。.