晶格振动的红外观测.pdf

3.6 晶格振动的实验观测 一. 一般描述 二. 非弹性X-射线散射 三. Raman 散射和Brilouin 散射 四. 远红外和红外吸收光谱 五. 非弹性中子散射 六. 隧道谱 参考：黄昆 书 3.6 节, Kittel 8 版 4.5 节 P.Bruesch Phonons: Theory and Experiments Ⅰ, Ⅱ,Ⅲ 其中第2卷是测量方法。 由于多种原因，我国晶格振动的实验观测相对落后， 各种固体教材中介绍该内容相对较少，应该予以弥补。 一. 一般描述： 从上面讨论中我们已经看到：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，是固体物理实验方法 的核心内容之一。（晶体结构测定；晶格振动谱测定；费米 面测定；缺陷观测；等。） 晶格振动规律主要通过晶格振动谱反映： 1. 晶格振动色散关系：   (q) j 2. 态密度： g () f () 实验观测就围绕着这两条曲线的测 定进行,包括各种因素对它们的影响以及 声子的寿命等。主要通过辐射波和晶格 振动的相互作用来完成。 其中最重要、最普遍的方法是： Far- Infrared and (FIR) 波 磁 电 Infrared Spectroscope (IR) 远红外和红外光谱 Raman Spectroscope (R) 喇曼光谱 Brillouin Spectroscope (B) 布里渊散射谱 Diffuse X-Ray Scattering X 射线漫散射 Inelastic neutron Scattering (INS) 非弹性中子散射 Ultrasonic methods (US) 超声技术 （IETS) 非弹性电子隧道谱 几种辐射波的色散关系如下： 电磁波：  kc  c 是光速,  是圆频率。 2k 2 中子质量是电子质量的 电子或中子： 2m 1836倍 声波：  v q s 辐射波照射晶体后，由于和晶格振动发生了能量交换， 吸收或者激发出一个声子而改变能量和方向。测出辐射波的 能量和方向的变化量，即可确定出一个声子的能量和波矢。    k k 0 q  (q) 0 这种过程也可能由几个声子同时参与，但多数情形和一 个声子发生相互作用的几率要大的多，称为一级过程。 二. 非弹性X-射线散射： 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