凝聚态物理学实验方法-绪论

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1、课程基本情况凝聚态物理实验方法教学课时：36学时。教学要求：培养实验方法、实验分析能力、素养。教学方式：讲授、讨论与实验相结合。温州大学物理与电子信息工程学院韦文生教材：现代材料分析方法；自编讲义。参考书：①马礼敦主编，高等结构分析，上海：复旦大学出版社，联系方式：2002年；②王华馥，吴自勤.固体物理实验方法.北京：高等教育出Email:weiwensheng287@163.com版社，1990年；weiwensheng287@sohu.com③左演声、陈文哲编.《材料现代分析方法编》.北京：北京工业大学出版社，2000年13758718393，663938④物

2、理学报(期刊,中国科学院物理研究所主办);Appl.Phys.Lett.；J.Appl.Phys.；ThinSolidFilms；SolidStateElectronics；Phys.Rev.B；Phys.Rev.Lett.；etc..第一章概论研究方法及对应领域§1物理学的研究方法一、理论+数学方法理论数学方法理论物理学在理论物理学的研究中应用得最多。科学实验方法实验物理学二、科学实验方法计算模拟方法计算物理学在凝聚态物理学、材料物理与化学等领域应用普遍。诺贝尔物理学奖的所有成果都必须有实验结果的支持。归根结底，为了透过现象看本质，找三、计算机仿真模拟方法到凝聚

3、态物质的物理本质和规律，以致应应用于物理学的各个分支。模拟核爆炸、集成电用。路设计、微纳电子器件设计等等。凝聚态物理实验的一般步骤样品制备♣样品的制备是研究凝聚态物质（材料）的基础。一般实验步骤包括：材料科学研究中，追求材料的功能意识的加强以背景调研及结构与性能内在联系意识的提高，人们期望以性能样品制备为导向，寻求和设计最适宜的结构物质材料，就是通过制备样品付诸实现的。测量仪器(原理和性能)与校准♣性能与结构相关，决定于材料成份和工艺参数等测量与误差处理条件。在新材料研制与开发、冶金生产过程、表面工结果分析与讨论。程（腐蚀、摩擦等等）等分析中均有重要应用。♣宏观表

4、象深入至微观认识。结构参数信息带来新结论观念，为改进生产工艺，研制新材料样品、建立新理论提供依据。H.Gleiter建立纳米材料的概念值得借鉴……1包括：测试技术1.制备方法（设备）的选取。掌握其原理、性能参数、♣测试分析，能够揭示材料样品的结构、成份和性操作规程和维护、实验室规章。能。2.首先学习并且能够重复前人的结果，熟练操作规程和维护。明确工艺参数条件。找到材料的结构及成分与工♣改变测试条件（温度、压强等），可以发现样品艺参数条件的规律性关系。做好完整的记录。的结构、成份和性能的变化规律。3.研究样品生长机制和生长规律。♣通过分析找到制备条件、结构和成份（改

5、变）与性能（的变化）的对应关系。4.通过全面深入的文献调研，查缺补漏（包括工艺参数条件是否全部使用、哪些结构及成分的材料还很少报♣以此为依据，发现新结构、新成份；找到新的规道、是否存在缺陷、可否改进其方案）。律，或纠正原有不正确的说法；提出新的模型和理5.创新制备、测量方法。论。测试样品的制备仪器及其使用♣掌握仪器的原理、各项性能指标及其变化范围和步按要求制备测试样品。长、真空度、污染源等等。熟悉仪器校准和运行，准确防污/去污：STM、AFM等试样。防腐/氧化：如表面分析的试样。分析被测样品实际结构与性能及变化规律。导电：如SEM、STM的试样。♣是发现新现象、得

6、到合理结论及新规律的基本保绝缘：防止样品与样品台之间导电，如Hall效应测试的试样证。减薄：如透射电镜试样。♣是改进仪器性能和测试方法(申请专利)的基础。切割：如界面、截面♣校准，包括0复位及扣除噪声等。加工电极：Hall测试的试样，形成欧姆接触。……例1：不能在试样中掺入杂质、改变成分、结构等！！！1978年Nobel物理学奖得主Amo.A.Penzias和试样制备已经成为重要的研究课题……RobertW.Wilson的成果，就是在把一台卫星通信接收设备改为射电望远镜的过程中，反复测量天线本身和背景的噪声，发现了宇宙的“3K微波背景辐射”。测量与误差例2：正确测

7、量与误差处理是关键环节。在解释分数量子Hall效应（1998年Nobel例1：著名的3He超流的发现。美国康奈尔大学的DavidM.Lee小组在20世纪六、七十年物理学奖）的电荷分裂（非整数电荷）这一代，反复利用前苏联人Pomeranchek于20世纪五十年代的绝热压核心内容时，可以通过测量隧道电流中的散缩制冷方法，缩小温度变化的步长，显现相变点，发现了3He的粒噪声实现。超流现象，获得了Nobel物理学奖。因为在接近0K的极限下，散粒噪声正比例2：1997年Nobel物理学奖成果“激光冷却和陷俘原子”。于电流或流动粒子携带的电荷，独立地测量即：6束正交激光的交汇

8、区把原子冷