3.4 格振动谱的实验测定方法.ppt

一维单原子链：一支声学纵波 一维双原子链：一支声学纵波，一支光学纵波 三维简单晶格：两支声学横波，一支声学纵波 三维复式格子：两支声学横波，一支声学纵波，3(n-1)支光学波（包括横波和纵波） 光波与晶格作用的现象 固体的红外波段吸收 固体吸收光谱的主要特征 光折变效应 光折变效应(photorefractive effect)是光致折射率改 变效应(light-induced refractive index change effect) 的简称。 它是电光材料在光辐照下由光强的空间分布引起 材料折射率相应变化的一种非线性光学现象。 光折变效应首先是由贝尔实验室的Ashkin等人于 1965年发现的。 他们用LiNbO3 和LiTaO3 晶体进行倍频实验时意外地发现，由于光辐照区折射率的变化破坏了产生倍频的相位匹配条件，从而降低了倍频转换效率。 光折变效应的物理机制 光折变效应是发生在电光材料中的一种电光现象。 光折变过程及物理机制可以概括为以下五个步骤： 电光晶体内的杂质、缺 陷和空位作为电荷的施主 或受主。在不均匀辐照下， 施主杂质被电离产生光激 发载流子。 光折变效应的物理机制 光激发载流子（在导带中的电子或价带中的空穴）通过浓度扩散或在外加电场或光生伏打效应作用下的漂移而运动。 光折变效应的物理机制 迁移的载流子又可以被陷阱中心俘获，它们经过激发、迁移、俘获、再激发……直至到达暗区被处于深能级的陷阱重新俘获。形成了正、负电荷的空间分离，这种空间电荷的分离与光强的空间分布相对应。 这些光致分离的空间电荷在晶体内建立了空间电荷场。 空间电荷场又通过电光效应在晶体内形成了与光强的空间分布相对应的折射率变化。 如果晶体不存在对称中心，则空间电荷场通过线性电光效应（泡克耳斯效应）引起折射率变化； 如果晶体存在对称中心，则空间电荷场会通过平方电光效应（克尔效应）引起折射率的变化。 光子—声子碰撞 碰撞过程中，能量守恒，准动量守恒 中子散射 ?只与原子核相互作用 探测要求较高 正常散射过程的结论 下图为90K下钠晶体[110]方向的振动谱．最高的—支是声学纵波，以下两支是声学横波． 入射晶体时中子的动量和能量 出射晶体后中子的动量和能量 中子散射的规律 能量守恒 动量守恒 倒格子矢量 声子间的相互作用遵循能量守恒和准动量守恒 碰撞前后系统准动量不变， 对热流无影响。 ---正常过程( N过程) (1) 正常过程与倒逆过程 ---反常过程( U过程) (2) 碰撞后，声子准动量和热流反向 （1）测得各个方位上入射中子和散射中子的能量差 （2）确定声子的频率 根据入射中子和散射中子方向的几何关系 确定声子的波矢 （3）得到声子的振动谱 晶格振动谱的测定 对于中子非弹性散射实验，入射中子的动量（包括方向） 和能量是已知的，散射中子的动量和能量也是可以测定的。 在一个选定的方向测量散射中子，会发现只能得到特定 能量的中子，由此可以确定出具有特定波矢的声子能量。 变化入射中子相对于晶体的方向以及探测散射中子的方向， 最终可以确定出整个声子谱。 中子的非弹性散射目前是测定声子谱最有效的方法。 * * 晶格振动谱的实验测定方法 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 = ω j (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 研究声子谱（振动谱）的实验方法 电 磁 波 (B) 其中最重要、最普遍的方法是： Far- Infrared and (FIR) Infrared Spectroscope Raman Spectroscope Brilouin Spectroscope Diffuse X-Ray Scattering (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 Inelastic neutron Scattering Ultrasonic methods (INS) (US) 非弹性中子散射 超声技术 Inelastic electron tunnelling Spectroscope （IETS) 非弹性电子隧道谱 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q 0时, 晶格振动的横波