非晶金刚石状碳薄膜低温弹性性能的微观结构依赖性

我们研究了通过脉冲激光沉积制备的非晶金刚石状碳薄膜在0.3 K至室温范围内的内摩擦和声速相对变化。与大多数非晶固体一样，10 K以下的内摩擦表现出与温度无关的平台。然而，内摩擦平台的值略低于几乎所有非晶固体内摩擦所在的普遍“玻璃态范围”。在我们早期对非晶硅和非晶锗薄膜的研究中也观察到了类似现象，并且这种行为可以通过低能原子隧穿态的存在得到很好的解释。在本工作中，我们通过将激光通量从1.5 J/cm²增加到30 J/cm²，改变了sp³与sp²碳原子的浓度。我们的结果表明，内摩擦和声速对sp³/sp²比均具有非单调依赖性，内摩擦平台值在6×10⁻⁵至1.1×10⁻⁴之间变化。我们将我们的发现解释为薄膜中原子键合增加与内应变增加之间可能竞争的结果，这两者对于确定非晶固体中的隧穿态都很重要。相比之下，薄膜的剪切模量对激光通量没有显著的依赖性，其值在220至250 GPa之间变化。声速相对变化的温度依赖性虽然表现出与内摩擦类似的非单调激光通量依赖性，但与非晶硅和非晶锗薄膜中发现的不同，我们将其解释为与最近在纳米晶金刚石薄膜声速中观察到的异常行为具有相同起源。