1、第 五 節(jié) 確定晶格振動譜的實驗方法,本節(jié)主要內(nèi)容:,3.5.1 中子的非彈性散射,3.5.2 光的散射和X射線散射,3.5 晶格振動譜的實驗方法,實驗方法主要有中子的非彈性散射、光子散射。,晶格振動的頻率與波矢 之間的關(guān)系 稱為格波的色散關(guān)系，也稱為晶格振動譜。,3.5.1 光子散射,1.光在散射,光折變效應(yīng)也是格波與光波相互作用的例子。,光折變效應(yīng)是指光致折射率改變的效應(yīng)。,散射過程滿足能量守恒 和準動量守恒。,光子與晶體中聲子的相互作用,光子與晶體的相互作用,光子吸收或發(fā)射聲子,非彈性散射,格波與光波相互作用、相互交換能量的過程，可以理解為光子 與聲子的碰撞過程，碰撞的結(jié)果，導(dǎo)致光子的散

2、射。,對于吸收聲子過程：,對于發(fā)射聲子過程：,和代表入射光的波矢和能量，,和 代表出射光的波矢和能量。,“+”表示吸收一個聲子,“-”表示發(fā)射一個聲子,當入射光的頻率和波矢k一定，在不同方向上（k的方向上） 測得散射光子的頻率，由 和算出聲子頻率，再由k和 k算出聲子波矢q, 即可求出晶格振動頻譜。,(1)布里淵散射：光子與長聲學(xué)波聲子的相互作用；,(2)拉曼散射：光子與光學(xué)波聲子的相互作用；,拉曼效應(yīng)（Raman效應(yīng)），也稱拉曼散射，光子的非彈性散射現(xiàn)象，1928年由印度物理學(xué)家錢德拉塞卡拉拉曼發(fā)現(xiàn)，指光波在被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 當光線從一個原子或分子散射出來時，絕大多數(shù)的光子，都是

3、彈性散射的，這稱為瑞利散射。在瑞利散射下，散射出來的光子，跟射入時的光子，它的能量、頻率與波長是相同的。然而，有一小部份散射的光子（大約是一千萬個光子中會出現(xiàn)一個），散射后的頻率會產(chǎn)生變化，通常是低于射入時的光子頻率，原因是入射光子和介質(zhì)分子之間發(fā)生能量交換。這即是拉曼散射。,斯托克斯散射：散射頻率低于入射頻率的散射；,反斯托克斯散射：散射頻率高于入射頻率的散射。,(1)布里淵散射：光子與長聲學(xué)波聲子的相互作用；,長聲學(xué)波聲子,q0,q,測出一系列的，可以求出q,從而得到與q的關(guān)系曲線,(2)拉曼散射：光子與光學(xué)波聲子的相互作用；,拉曼散射中所用的紅外光的波長在10-3-10-6m的范圍， 與

4、紅外光相互作用的格波的波長也應(yīng)該是同數(shù)量級的。,因此，拉曼散射是光子與長光學(xué)波聲子的相互作用。,這個波長范圍的格波是屬于長光學(xué)波。,2.X-射線散射,為了能測出更大波矢范圍內(nèi)的振動譜，就得采用更大波矢的光子,X光的波長范圍為10-7-10-11m，可以用來測定相當大波矢量范圍內(nèi)的振動譜。,當這時候，不滿足q0，,然而，,中子散射的實驗方法能夠克服X光散射的這一困難。,3.5.1 中子的非彈性散射,1.原理,散射過程滿足能量守恒和準動量守恒。,中子與晶體中聲子的相互作用,中子與晶體的相互作用,中子吸收或發(fā)射聲子,非彈性散射,中子散射的特點,只與原子核發(fā)生作用,探測要求高,入射中子流：,從晶體中出射的中子流：,為中子質(zhì)量,由能量守恒和準動量守恒得：,“+”表示吸收一個聲子,“-”表示發(fā)射一個聲子,Kh=0稱為正常散射過程,Kh0稱為倒逆散射過程,可見，倒逆散射對應(yīng)較大的P和P,另外，P和P的夾角，即散射角也較大,測出不同散射方向上的動量 ，,固定入射中子流的動量 ， ；,2.儀器,思考題： 在拉曼散射中，光子會不會發(fā)生倒逆散射？,小結(jié)：,1、簡正振動,2、聲子的概念和意義,3、晶格振動譜的實