《固体物理》课件：ssp104

1、1910年劳厄提出晶体可以作为年劳厄提出晶体可以作为x射线的三维衍射光栅。射线的三维衍射光栅。X射线波长射线波长)()(24. 1nmkVU1.9 晶体的晶体的x射线衍射射线衍射 1912年费里德里奇和伦琴的博士生克尼平用实验证实了年费里德里奇和伦琴的博士生克尼平用实验证实了劳厄的想法。劳厄的想法。布拉格父子提出了著名的布拉格公式。布拉格父子提出了著名的布拉格公式。但晶体中含有轻重相差较大的两种原子时，用但晶体中含有轻重相差较大的两种原子时，用x射线测定晶体结构射线测定晶体结构将很困难。将很困难。kdsin2中子衍射，电子衍射都可以用来研究晶体结构。中子衍射，电子衍射都可以用来研究晶体结构。但

2、电子既受原子核的作用又受核外电子的作用，散射很强，透但电子既受原子核的作用又受核外电子的作用，散射很强，透射很弱，适用于研究薄膜和表面结构，射很弱，适用于研究薄膜和表面结构，TEM需要制备约需要制备约50nm厚的厚的样品，比较费时也比较昂贵。样品，比较费时也比较昂贵。X射线管射线管同步辐射同步辐射X射线激光器（基础研究阶段）射线激光器（基础研究阶段）放射性材料（与电子俘获有关）放射性材料（与电子俘获有关）一、一、X射线的产生射线的产生X射线管同步辐射装置电子枪电子直线加速器储存环实验站光束线X射线管产生的射线管产生的x射线的特征射线的特征. 连续谱连续谱产生机制产生机制-轫致辐射：高速运动的电

3、子在原子核电轫致辐射：高速运动的电子在原子核电场作用下被减速时产生的辐射。场作用下被减速时产生的辐射。短波极限：短波极限： 2. 特征谱（标识谱）分离的谱线。特征谱（标识谱）分离的谱线。产生机制：原子内层电子跃迁产生。产生机制：原子内层电子跃迁产生。K,L,M线系线系不同原子内层电子跃迁的能量差不同，产生的光子不同原子内层电子跃迁的能量差不同，产生的光子能量不同。能量不同。 衍射一般用衍射一般用Cu k 1 0.155nm)()(24. 1nmkVUn亮度高（第一代比旋转阳极耙特征谱高亮度高（第一代比旋转阳极耙特征谱高3个量级，第三代高个量级，第三代高9个量级）个量级）n光谱连续而且范围很宽光

4、谱连续而且范围很宽（10000.001nm）n高度的平行性高度的平行性 （发散角约为毫弧度）（发散角约为毫弧度）同步辐射的特点同步辐射的特点一、一、x射线衍射的基本原理射线衍射的基本原理设设x射线源和晶体的距离，以及观测点和晶体之间的距离都比射线源和晶体的距离，以及观测点和晶体之间的距离都比晶体的线度大得多，则入射线和衍射线都可看成平行光线。晶体的线度大得多，则入射线和衍射线都可看成平行光线。不考虑康普顿效应，即认为电子对不考虑康普顿效应，即认为电子对x射线的散射是弹性散射，射线的散射是弹性散射，散射前后光子能量不变。散射前后光子能量不变。设和为入射线和衍射线的单位矢量，只讨论布喇菲格子，设和

5、为入射线和衍射线的单位矢量，只讨论布喇菲格子，取取O点为原点，晶体中任一格点的位矢为点为原点，晶体中任一格点的位矢为0SS332211alalalR)(000SSRSRSRSOASOAODCOoAcDSkSk2,2002)(0kkR2hkRhKnkk0倒格子空间衍射方程倒格子空间衍射方程当衍射波波矢与入射波波矢相差为倒格矢的整数倍当衍射波波矢与入射波波矢相差为倒格矢的整数倍时满足衍射条件时满足衍射条件.由于由于所以所以得：得：2. 布拉格公式布拉格公式考虑考虑n=1的情形，则的情形，则hK，kk0,hKkk020 kk围成一三角形，由于忽略康普顿效应，所以围成一三角形，由于忽略康普顿效应，所以因此的垂直平分线必平分与之间的夹角，而因此的垂直平分线必平分与之间的夹角，而晶面族（晶面族（h1h2h3)与垂直，所以该垂直平分线一定与垂直，所以该垂直平分线一定在晶面族（在晶面族（h1h2h3) 内，衍射极大的方向恰好就是晶面内，衍射极大的方向恰好就是晶面族（族（h1h2h3) 的反射方向。的反射方向。k0khKhKk0khK当衍射线对某一晶面族来说恰为光的反射当衍射线对某一晶面族来说恰为光的反射方向时，此衍射方向就是衍射加强方向。方向时，此