2022-2023学年高二物理竞赛课件：确定晶格振动谱的实验方法

确定晶格振动谱的实验方法 确定晶格振动谱的实验方法 晶格振动的频率和波矢间的关系 —— 晶格振动的振动谱 晶格振动的振动谱测定方法 —— 中子非弹性散射 —— 光子与晶格的非弹性散射 —— X 射线散射 布里渊散射 拉曼散射 高频电场下晶体的介电极化 —— 电场的频率远远高于晶格振动的频率 在长光学波下有 —— 横长光学波的频率 黄昆方程 —— 晶体中存在长光学纵波(LO)和长光学横波(TO) —— 长光学纵波伴随有宏观的极化电场 —— 长光学横波伴随着有旋的宏观电磁场 极化声子 _______ 纵光学声子(LO) 可以和光场发生耦合 电磁声子 ________ 横纵光学声子 (TO) 1 中子非弹性散射 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 能量守恒 能量守恒 动量守恒 倒格子矢量 声子的准动量 —— 中子能量 ~ 0.02~0.04 eV —— 声子能量 ~ 10 –2 eV 测得各个方位入射和散射中子的能量差 —— 确定声子的频率 —— 从反应堆出来的慢中子的能量与声子的能量接近 测定中子散射前后能量变化，给出声子能量信息 入射中子和散射中子方向的几何关系 —— 确定声子的波矢 —— 得到声子的振动谱 2 光子与晶格的非弹性散射 入射光子 散射光子 —— 作用过程满足 能量守恒 动量守恒 —— 入射光子受到声子散射，变成散射光子 与此同时在晶格中放出，或者吸收一个声子 —— 固定入射光的频率和入射方向 测量不同方向散射光的频率，得到声子的振动谱 —— 入射光子受到声子散射 在晶格中放出一个声子或者吸收一个声子 1) 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 如果光子波矢与声子波矢大小近似相等 —— 可见光光子的波矢 ~105 cm-1 —— 散射前后入射光子与散射光子的波矢大小近似相等 长声学波声子的波矢 —— 不同角度方向测得散射光子的频率，得到声子频率 声子振动谱 散射光和入射光的频率位移 — 布里渊散射 $