固体物理第5课晶体结构的实验确定ppt课件

1、X射线衍射劳厄提出晶体作为X光衍射光栅衍射实际: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 1885年伦年伦琴发现了穿透琴发现了穿透性很强的射线性很强的射线称射线称射线劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片 照像底片照像底片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄实验年劳厄实验1E2EX 射线射线冷却水冷却水PKnm)1004. 0( X射线的衍射射线的衍射K晶体可看作三维立体光晶体可看作三维立体光栅掌握晶体点阵构造根

2、栅掌握晶体点阵构造根据劳厄斑点的分布可算据劳厄斑点的分布可算出晶面间距出晶面间距 劳厄斑劳厄斑德国物理学家劳厄德国物理学家劳厄M.von.Laue (1879-1960)布布 拉拉 格格 反反 射射doCAB入射波入射波散射波散射波 1913年英国布喇格父子提出了一种解释射线年英国布喇格父子提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物年荣获物理学诺贝尔奖理学诺贝尔奖掠射角掠射角d晶格常数晶格常数 相邻两个晶面反射的相邻两个晶面反射的两两X射线干涉加强的条件射线干涉加强的条件 布喇格公式布喇格公式,2, 1 ,0kkdsin2CBACsin2

3、d布喇格父子布喇格父子(W.H.Bragg, W.L.Bragg)(W.H.Bragg, W.L.Bragg) 用途用途 丈量射线的波长研讨丈量射线的波长研讨X X射线谱，进而研讨原射线谱，进而研讨原子构造；研讨晶体的构造，进一步研讨资料性能子构造；研讨晶体的构造，进一步研讨资料性能. .例如例如对大分子对大分子 DNA DNA 晶体的成千张的晶体的成千张的X X射线衍射照片的分析，射线衍射照片的分析，显示出显示出DNADNA分子的双螺旋构造分子的双螺旋构造. .DNA DNA 晶体的晶体的X X衍射照片衍射照片DNA DNA 分子的双螺旋构造分子的双螺旋构造 布拉格公式布拉格公式,2, 1

4、,0kkdsin2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，且和观测点距晶体的间隔都大于晶体的线度，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：ndsin2 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：332211lalalalR)(000S-SRSRS-ROBAlll布拉格定律虽然简单,但物理模型太简单。在实践情况下，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

5、有关。需求思索更复杂的情况，如以下图：原子可向空间任何方向散射X光线，只需一些固定方向可构成衍射。 衍射加强的条件为：Rl(S-S0)=u 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00 2kk ：k-kGh此时有由于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：b 1b2aaab22k0kkGhkk0GhdGh/220kkk0倒易点阵：b 1b2aaab2举例：晶格常数为d的简立方晶体， 其倒易空间为 的简立方构造设入射波长为d(nm)，入射角度为30，反射角也为30d2d2ddGGddhh22,2sin21 劳厄法2 转动单晶法3 粉末法德拜法X射线波长：主要研讨晶格构造电子束波长：德布罗意波电子束散射才干强，透射才干弱，主要研讨薄膜构造中子束德布罗意波长：中子具有磁性，适于磁性晶体构造