固体物理第5课晶体结构的实验确定

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1、1.10晶体结构的实验确定与X和射线衍射X射线衍射劳厄提出晶体作为X光衍射光栅衍射理论:当辐射波长与晶格中原子间距相比数量级相等或更小时，可发生显著衍射。晶体中原子数量级为10-10m，辐射波长应小于10-10m。X射线：由高压电加速后的电子高速撞击金属靶材后产生X射线。铝、镁、钨、钼1885年伦琴发现了穿透性很强的射线称Ｘ射线．劳厄斑点铅板单晶片照像底片单晶片的衍射1912年劳厄实验X射线冷却水

2、0)布拉格反射入射波散射波1913年英国布喇格父子提出了一种解释Ｘ射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖．掠射角晶格常数相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件布喇格公式布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)用途测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大分子DNA晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构.DNA晶体的X衍射照片DNA分子的双螺旋结构布拉格公式1.10.1X射线衍射的基本原理晶体对辐射的散射可看作是一系列晶面对辐射的散射。单色辐射源，且和观测点

3、距晶体的距离都大于晶体的线度，入射光和散射光都看作是平行光。散射前后波长不变。散射辐射间相互加强的条件为：n=1,2,3…..称为衍射级数布拉格定律S0ABOPS点P：Rl=l1a1+l2a2+l3a3，Rl是布喇菲点阵中由原胞基矢a1，a2，a3构成的矢量，S0和S是入射线和衍射线的单位矢量，经过O点和P点衍射后光程差为：布拉格定律虽然简单,但物理模型太简单。在实际情况下，衍射条件不仅和面间距有关，还和晶面上原子的分布及种类有关。需要考虑更复杂的情况，如下图：原子可向空间任何方向散射X光线，只有一些固定方向可形成衍射。劳厄方程衍射加强的条件为：Rl•(S-S0)=u

4、•λ劳厄方程其中当u取1时，即1级衍射，正好对应晶面间距。N=1，入射波矢为k0的情况1.10.2厄瓦尔反射球由于Gh是倒易矢量，其两端必是两个倒易格点。二维晶格点阵：a1×a2倒易点阵：b1×b2kk0Ghkk0倒易点阵：b1×b2举例：晶格常数为d的简立方晶体，其倒易空间为的简立方结构设入射波长为d(nm)，入射角度为30º，反射角也为30º1.10.4X射线衍射实验的基本方法1劳厄法2转动单晶法3粉末法（德拜法）转动单晶法1.10.5电子衍射、中子衍射X射线波长：主要研究晶格结构电子束波长：德布罗意波电子束散射能力强，透射能力弱，主要研究薄膜结构中子束德布罗意波

5、长：中子具有磁性，适于磁性晶体结构研究，以及晶体中氢碳的位置电子衍射图钨原子的照片