《同步辐射应用基础》ppt课件

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1、同步辐射应用基础第一章光电发射和光电子能谱第二章软X射线显微术和光刻第三章真空紫外和红外光谱第四章真空紫外光电离和光离解第五章X射线的衍射和散射第六章X射线吸收同步辐射光电发射和光电子能谱概论引言量子力学的基本概念固体能带论基础知识光电发射的物理过程光电子能谱基础同步辐射光电子能谱技术及其应用引言同步辐射红外-可见-紫外-真空紫外-软X射线-硬X射线-射线同步辐射应用装置同步辐射光源-----光束线-----实验站同步辐射与物质的相互作用光吸收、反射、散射、衍射，光发射，光电发射，光离化同步辐射实验

2、方法同步辐射---物质---出射（二次）粒子电子-光电子谱；光子-光谱；离子-光离化谱光谱：光（X射线）吸收、光（X射线）荧光、光（X射线）衍射、光（X射线）散射同步辐射应用领域凝聚态物理、材料科学、原子分子物理、生命科学、信息科学、环境科学、光化学、催化、医学、农学、微电子、微机械量子力学的产生十九世纪末和二十世纪初，物理学的发展进入了研究微观现象的新阶段，这时许多物理现象无法用经典理论给以解释。主要有两类，一类是光（电磁波）的量子属性问题，另一类是原子结构问题。普朗克和爱因斯坦的光量子假说，玻尔的原

3、子量子化轨道模型为量子力学的诞生奠定了基础。微观粒子的波粒二象性经典粒子经典波德布罗意关系式德布罗意波长波函数自由粒子波函数它描写的是动量为，能量为E的自由粒子的运动状态。波函数的统计解释：它描述的是处于相同条件下的大量粒子的一次行为或是一个粒子的多次重复行为薛定谔方程波函数对时间t求一次偏导对坐标求一次和二次偏导质量为的自由粒子考虑势函数的一般表达式态的迭加原理：如果1、2、3n描写的都是体系可能的状态，那么它们的线性迭加描写的也是体系可能的状态定态薛定谔方程作用在微观粒子上的力场不随时

4、间改变分离变量求解方程方程的解粒子的几率分布与时间无关氢原子能级和波函数氢原子是量子力学中少数几个可以精确求解的体系，我们常常以氢原子的解为基础来处理其它原子和分子的结构氢原子能级氢原子波函数主量子数角量子数磁量子数能级En是简并的，其简并度定态微扰论如果体系的哈密顿算符不显含时间的本征方程可以精确求解相对很小，因此可以把它看成微扰。无微扰时体系处于定态k、k，那么，E和k差不多，和k也十分接近。体系受微扰后非简并微扰简并微扰解此久期方程，我们可以得到f个根E’，即f个能量的一级修正。一级微扰

5、可以将f度简并完全或部分消除含时微扰与量子跃迁体系原来处于不显含时间t的的本征态上,它的包含时间因子的本征函数系为它所满足的薛定谔方程为从某一时刻（t=0）起，体系受到某种外场的作用,而表征该外场的力函数显含时间t将在的含时间的完备基中展开一个原来处于定态k的体系，在随时间变化的外场作用下，将有可能跃迁到另一个定态n中从t=0到t=t这一段时间内，体系由k态到n态（即由能级k到n）的跃迁几率为求跃迁几率就必须解含时间的薛定谔方程利用微扰论展开系数的关系式在未受微扰的情况下，体系处于定态k的

6、几率为1，而处于其它定态的几率为零。在t=0时，波函数的各级修正为零。波函数一级修正展开系数在t=0到t=t的一段时间内，由k态到m态的跃迁几率的一级近似表达式为如果我们知道了的本征值和本征函数，又给出的具体形式，我们就可算出跃迁几率。外界微扰随时间作周期性的变化考虑光的吸收，上式只有在时，对跃迁才有显著贡献在t=0到t=t的一段时间内，由k态到m态的跃迁几率当t充分大时，利用数学公式单位时间的跃迁几率固体能带论基础知识1、能带论处理固体的方法：1）固体能带论实际上是利用量子力学来描述固体中的电

7、子结构的理论。2）能带论把固体中的原子分成价电子和原子实两部分，它们的运动各自独立。原子实由原子核和内层芯电子组成，它在固体中周期排列成晶格。3）能带论把电子的运动看成是独立的、在一个等效周期性势场中的运动。因此能带理论实际上是一种单电子近似理论。2、布洛赫定理：单电子近似下晶体电子运动的薛定谔方程为势场为周期函数－晶格矢量当势场具有晶格周期性时，晶体中的波函数即布洛赫波是平面波和周期函数的乘积。其中为一矢量，即波矢。平移晶格矢量，波函数仅增加一个位相因子3、倒格子和波矢1)倒格子布拉维格子中的所有格矢

8、都可表示为(n1,n2,n3为整数)为晶格原胞的基矢。我们定义满足全部端点的集合，构成该布拉维格子（正格子）的倒格子，称为倒格矢倒格子是倒易空间中以(i=1,2,3)为基矢的布拉维格子。所有倒格矢都可表示为：(h1,h2,h3为整数)倒格子基矢和正格子基矢满足如下关系如正格子原胞体积为而倒格子原胞体积为倒格子原胞体积与正格子原胞体积满足2)波矢:波矢的取值与边界条件有关。采用周期性边界条件它是倒格子空间的一个格点，可以表示为（li为整数）由