拉曼谱线的学习与石墨烯、硅拉曼谱线的深入学习-laserroger.PDF

拉曼谱线的学习与石墨烯、硅拉曼谱线的深入学习 李泽阳1, 1Peking University, Beijing 100871, People’s Republic of China 拉曼谱线是一个理论上明晰、应用上成熟的一套对物质微观结构等性质深入研究的办法，主要优点 是能够在不会破坏样品的情况下，在很大程度上探明样品的能级性质。本文是作者对一学期拉曼谱学 的学习和实践的汇总，包括理论简介、实验光路描述、石墨烯的拉曼研究、硅的拉曼研究四个部分。 第一个部分是一个对拉曼谱线的综合性的简介，类似于综述，讲解微扰论是如何处理拉曼体系的。第 二部分会用图片展示实验光路，从而具体的表面实验细节。第三部分和第四部分是我们的主要实验内 容，分别是对不同的材料进行的拉曼谱学处理，但是各有侧重：第三部分我们强调探究不同材料带来 的不同性质及背后的物理规律，而第四部分我们则是利用某种特定材料（硅）进行仪器的校准、仪器 品质的恒定等。 CONTENTS 然而这里情况并不一样，因为，在实验中我们发现，入 射光的频率在很长的一个范围内的时候都可以产生这种 I. 理论简介 1 效应，不必须得是基态和激发态之间的能量差。一个形 象的描述是说，原子核附近的电子被入射光子从基态激 II. 实验光路 2 发到一个“虚能级”，如图I ，然后从虚能级跌落到一个 并非是基态的态从而释放出并非是入射激光频率的光子。 III. 石墨烯的拉曼谱及背后成因 3 A. 能带与结构角度分析拉曼散射的微观可能 3 B. 实验与特征规律 3 IV. 硅的各阶拉曼谱及背后成因，与仪器性能之间的关 系 4 A. 能带与结构角度分析拉曼散射一阶项 4 B. 实验与特征规律 4 C. 高阶峰测定与数据处理 5 V. 小结 5 图I ：虚能级的示意 I. 理论简介 从这个图中我们也可以看出，非弹性散射分为两种： 斯托克斯线（光频率降低）和反斯托克斯线（频率升 高）。考虑到在正常的温度时，大量的粒子处于基态，斯 考虑这样一个情形：一束光入射到物质表面。光应该 托克斯线显然比反斯托克斯线更容易出现，也就是说 与物质发生相互作用。如果是与物质的表面粒子发生相 强度更大。但是，很多情况下（诸如包含荧光干涉的时 互作用，则基本上就是弹性散射——除非入射极高频的 候），反斯托克斯线更能反映出一些性质。 光。这是由于粒子的质量比光子要大太多。也就是说， 以上是拉曼散射的一个图像，下面介绍一定的理论运 散射光应该与入射光基本同频。然而不巧的是，实验上