晶格振动谱的实验测定方法.ppt

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。光折变效应的物理机制第16页,共36页，星期六，2024年，5月光子—声子碰撞碰撞过程中，能量守恒，准动量守恒格波与光波的相互作用模型第17页,共36页，星期六，2024年，5月入射光子的频率和波矢入射光子受到声子散射，变成散射光子，与此同时在晶格中产生，或者吸收一个声子散射光子的频率和波矢格波与光子相互作用的规律第18页,共36页，星期六，2024年，5月固定入射光的频率和入射方向，测量不同方向的散射光的频率，可以得到声子的振动谱晶格振动频谱的测定方法能量守恒：动量守恒：“+”号对应吸收一个声子，“-”号对应放出一个声子第19页,共36页，星期六，2024年，5月光子与长声学波声子相互作用--光子的布里渊散射长声学波声子光子的频率光子被长声学波声子散射，入射光子与散射光子的波矢大小近似相等布里渊散射第20页,共36页，星期六，2024年，5月长声学波声子波矢的模：声子振动谱散射光和入射光的频率位移长声学波声子波矢的方向：第21页,共36页，星期六，2024年，5月光子与光学波声子的相互作用——光子的喇曼散射光子的喇曼散射只限于光子与长光学波声子的相互作用可见光或红外光波长较长，光子与光波声子发生相互作用，要求声子的波矢q必须很小散射光和入射光的频率位移喇曼散射第22页,共36页，星期六，2024年，5月弹性与非弹性散射

布里渊散射与喇曼散射几种散射的性质散射类型频率波矢强度偏振瑞利散射?S=?IKS=KI??I4改变喇曼散射(S)?S=?I-?qKS=KI-q??I?S3改变喇曼散射(AS)?AS=?I+?qKAS=KI+q??I?AS3改变布里渊散射同上同上同上同上固体光散射第23页,共36页，星期六，2024年，5月① 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，入射波吸收或者发射一个声子而发生能量和波矢的变化，这就是X射线的非弹性散射。 k=k0+qΩ=Ω0±ω(q)为区分清楚，这里电磁波频率和波矢用Ω,k表示，声子用ω,q表示。电磁波散射前后频率和波矢变化的测量可以给出某一支声子的色散关系：ωj=f(q)非弹性X-射线散射第24页,共36页，星期六，2024年，5月X-射线被声子散射的示意图Ω?ω(q)Ω0Ω+ω(q)振动着的晶格起着一组间距等于λ的平面的作用，吸收q声子和发射q声子导致相同的动量守恒。两个过程在检测器内可以同时观察到，不过他们的频率不同。 X-射线频率的频移等于所含声子的频率。正漂移相当于声子的吸收，负漂移是声子的发射。第25页,共36页，星期六，2024年，5月X射线漫散射测出的Al晶体的色散曲线第26页,共36页，星期六，2024年，5月需要说明的几点：

1.角度θ通常不满足Bragg条件，因此监测器中测不到入射频率ω0，只检测到漂移后的频率，如前面图所示。违背2.用X射线测量晶格振动的主要困难在于频率漂移难以确定，不过X光源普遍，且入射光光源强度大，特别是同步辐射光源的建立为晶格振动的研究带来很多方便。Bragg条件的X射线散射类型称为漫散射。第27页,共36页，星期六，2024年，5月光与TO声子以及LO声子相互作用示意图第28页,共36页，星期六，2024年，5月中子散射中子源单色器准直器准直器样品分析器探测器2?中子谱仪结构示意图反应堆中产生的慢中子流布拉格反射产生单色的动量为P的中子布拉格反射产生单色的动量为P’的中子第29页,共36页，星期六，2024年，5月?只与原子核相互作用探测要求较高中子散射的特点第30页,共36页，星期六，2024年，5月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第31页,共36页，星期六，2024年，5月能量守恒动量守恒倒格子矢量第32页,共36页，星期六，2024年，5月声子间的相互作用遵循能量守恒和准动量