晶格振动谱的实验测定方法.ppt

弹性与非弹性散射

布里渊散射与喇曼散射几种散射的性质散射类型频率波矢强度偏振瑞利散射?S=?IKS=KI??I4改变喇曼散射(S)?S=?I-?qKS=KI-q??I?S3改变喇曼散射(AS)?AS=?I+?qKAS=KI+q??I?AS3改变布里渊散射同上同上同上同上固体光散射第23页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三① 在晶体结构的实验研究中，我们已经讨论了X射线衍射花样和结构之间的关系，关注的是入射波被晶体散射后方向的变化，实际上X射线是在同振动着的晶格发生作用，因此除了衍射现象外，电磁波还会和晶格发生能量的交换，入射波吸收或者发射一个声子而发生能量和波矢的变化，这就是X射线的非弹性散射。 k=k0+qΩ=Ω0±ω(q)为区分清楚，这里电磁波频率和波矢用Ω,k表示，声子用ω,q表示。电磁波散射前后频率和波矢变化的测量可以给出某一支声子的色散关系：ωj=f(q)非弹性X-射线散射第24页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三X-射线被声子散射的示意图Ω?ω(q)Ω0Ω+ω(q)振动着的晶格起着一组间距等于λ的平面的作用，吸收q声子和发射q声子导致相同的动量守恒。两个过程在检测器内可以同时观察到，不过他们的频率不同。 X-射线频率的频移等于所含声子的频率。正漂移相当于声子的吸收，负漂移是声子的发射。第25页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三X射线漫散射测出的Al晶体的色散曲线第26页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三需要说明的几点：

1.角度θ通常不满足Bragg条件，因此监测器中测不到入射频率ω0，只检测到漂移后的频率，如前面图所示。违背2.用X射线测量晶格振动的主要困难在于频率漂移难以确定，不过X光源普遍，且入射光光源强度大，特别是同步辐射光源的建立为晶格振动的研究带来很多方便。Bragg条件的X射线散射类型称为漫散射。第27页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三光与TO声子以及LO声子相互作用示意图第28页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三关于晶格振动谱的实验测定方法第1页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三晶格振动是影响固体很多性质的重要因素，而且只要T≠0K，原子的热运动就是理解固体性质时不可忽视的因素。所以从实验上观测晶格振动的规律是固体微观结构研究的重要内容。1.晶格振动色散关系ω=ωj(q)2.态密度：g(ω)=f(ω)测定的原理：通过辐射波和晶格振动的相互作用来完成。晶格振动规律主要通过晶格振动谱反映：实验测定晶格振动谱的意义第2页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三研究声子谱（振动谱）的实验方法第3页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三电磁波(B)其中最重要、最普遍的方法是：Far-Infraredand(FIR)InfraredSpectroscopeRamanSpectroscopeBrilouinSpectroscopeDiffuseX-RayScattering(IR) (R)远红外和红外光谱喇曼光谱布里渊散射谱X射线漫散射InelasticneutronScatteringUltrasonicmethods (INS)(US)非弹性中子散射超声技术InelasticelectrontunnellingSpectroscope（IETS) 非弹性电子隧道谱第4页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三三维晶格的振动：3n个线性齐次方程3n个?的实根声学支格波(2)(3n-3)支光学支格波(1)其中有3个当波矢q0时,晶格振动的横波和纵波纵波：原子振动方向与波传播方向一样横波：原子振动方向与波传播方向垂直两支横波(TA)一支纵波(LA)横波（TO）纵波（LO）transverseacousticwavelongitudinalopticalwave第5页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三光学纵波声学纵波光学横波声学纵波光学波：相邻原子振动方向相反，即质心不变，原子相对运动声学波：相邻原子振动方向相同，即质心运动第6页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三一维单原子链：一支声