确定晶格振动谱的实验方法PPT课件

1、第 五 节 确定晶格振动谱的实验方法,本节主要内容,3.5.1 中子的非弹性散射,3.5.2 光的散射和X射线散射,3.5 晶格振动谱的实验方法,实验方法主要有中子的非弹性散射、光子散射,晶格振动的频率与波矢 之间的关系 称为格波的色散关系，也称为晶格振动谱,3.5.1 光子散射,1.光在散射,光折变效应也是格波与光波相互作用的例子,光折变效应是指光致折射率改变的效应,散射过程满足能量守恒 和准动量守恒,光子与晶体中声子的相互作用,光子与晶体的相互作用,光子吸收或发射声子,非弹性散射,格波与光波相互作用、相互交换能量的过程，可以理解为光子 与声子的碰撞过程，碰撞的结果，导致光子的散射,对于吸收

2、声子过程,对于发射声子过程,和代表入射光的波矢和能量,和 代表出射光的波矢和能量,”表示吸收一个声子,”表示发射一个声子,当入射光的频率和波矢k一定，在不同方向上（k的方向上） 测得散射光子的频率，由 和算出声子频率，再由k和 k算出声子波矢q, 即可求出晶格振动频谱,1)布里渊散射：光子与长声学波声子的相互作用,2)拉曼散射：光子与光学波声子的相互作用,拉曼效应（Raman效应），也称拉曼散射，光子的非弹性散射现象，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。 当光线从一个原子或分子散射出来时，绝大多数的光子，都是弹性散射的，这称为瑞利散射。在瑞利散射下

3、，散射出来的光子，跟射入时的光子，它的能量、频率与波长是相同的。然而，有一小部份散射的光子（大约是一千万个光子中会出现一个），散射后的频率会产生变化，通常是低于射入时的光子频率，原因是入射光子和介质分子之间发生能量交换。这即是拉曼散射,斯托克斯散射：散射频率低于入射频率的散射,反斯托克斯散射：散射频率高于入射频率的散射,1)布里渊散射：光子与长声学波声子的相互作用,长声学波声子,q0,q,测出一系列的，可以求出q,从而得到与q的关系曲线,2)拉曼散射：光子与光学波声子的相互作用,拉曼散射中所用的红外光的波长在10-3-10-6m的范围， 与红外光相互作用的格波的波长也应该是同数量级的,因此，拉

4、曼散射是光子与长光学波声子的相互作用,这个波长范围的格波是属于长光学波,2.X-射线散射,为了能测出更大波矢范围内的振动谱，就得采用更大波矢的光子,X光的波长范围为10-7-10-11m，可以用来测定相当大波矢量范围内的振动谱,当这时候，不满足q0,然而,中子散射的实验方法能够克服X光散射的这一困难,3.5.1 中子的非弹性散射,1.原理,散射过程满足能量守恒和准动量守恒,中子与晶体中声子的相互作用,中子与晶体的相互作用,中子吸收或发射声子,非弹性散射,中子散射的特点,只与原子核发生作用,探测要求高,入射中子流,从晶体中出射的中子流,为中子质量,由能量守恒和准动量守恒得,”表示吸收一个声子,”表示发射一个声子,Kh=0称为正常散射过程,Kh0称为倒逆散射过程,可见，倒逆散射对应较大的P和P,另外，P和P的夹角，即散射角也较大,测出不同散射方向上的动量,固定入射中子流的动量 ，,2.仪器,思考题： 在拉曼散射中，光子会不会发生倒逆散射,小结,1、简正振动,2、声子的概念和意义,3、晶格振动谱的实验