确定晶格振动谱实验方法

§3-6确定晶格振动谱的实验方法•描述晶格振动有两种方式：–格波色散关系曲线(晶格振动谱)；--------ω(q)–晶格振动模式密度(频率分布函数);--------g(ω)(§3-9)•确定晶格振动谱的实验方法：–中子非弹性散射；–X射线散射；–光的散射；中子非弹性散射实验原理设想入射中子流动量：能量：出射中子流动量：能量：PPnMPE22nMPE22由于中子仅仅能和原子核之间有强的相互作用，故中子流可以毫无困难地穿过晶体。当中子流穿过晶体时，格波振动可以引起中子的非弹性散射，这种非弹性散射可以看成是吸收或发射声子的过程。散射过程要满足能量守恒和准动量守恒。中子非弹性散射实验原理能量守恒：)(qMPMPnn2222准动量守恒：nGqPP可见：固定入射中子流的动量和能量E，利用实验手段测定出射中子流的动量和能量E′，就可以计算出格波的和ħω()。PPqq典型实验设备：三轴中子谱仪三轴中子谱仪结构示意图(P117-图3-15)探测器2θфθ′中子源单色器准直器样品准直器分析器三轴中子谱仪的优点与局限优点：目前这种方法是确定格波的的最有利条件：中子能量：0.02ev~0.04ev(声子数量级）;中子德布洛依波长ħ/mv约2-3×10-8cm（晶格常数的数量级）;局限：有些元素的原子核对中子有很大的俘获截面，而无法获得其中子的散射谱，如固态氦－Ⅲ，氦－Ⅲ的原子核对中子就有很大的俘获截面，而形成氦－Ⅳ，因而无法获得它的中子散射谱。,q光散射实验原理光也会与格波相互作用，称为光散射过程，散射过程也满足能量守恒和准动量守恒。对于一级谱（单声子过程）有：.,;,)(量代表散射光的波矢与能量代表入射光的波失与能kkGqkkqn光散射实验原理•因此，同中子散射相同，只要固定入射光，而测不同方向的散射光的频率，就可以得到声子的频率和波矢。局限：可见光的范围内：~105cm-1数量级；因此要求~105cm-1数量级，这样就只有在布里渊区中心附近很小的区域内的声子才能满足要求，故只能测定长波附近很小一部分的声子。kq光散射分类分为两类：(1)光波与声学波相互作用：称布里渊散射；(2)光波与光学波相互作用：称喇曼散射。喇曼散射又分为两类：斯托克斯散射：ω′散ω入反斯托克斯散射：ω′散ω入喇曼散射图示（P118图3-16）ω入ω′散)(q斯托克斯散射ω′散ω入反斯托克斯散射ω′散ω入ω入ω′散)(qX射线散射•与前面类似，优点：测定范围可遍及整个布里渊区：（X射线波矢与同数量级）KnG缺点：X射线能量约为1~104ev声子能量（~10-2ev);故利用能量守恒关系确定声子能量很困难。