USTC固体物理实验方法Ⅱ往年试题整理.pdf

固体物理实验方法Ⅱ 往年试题整理 By 上海技物所 CY L 一、简述下列问题 （25 分）： 1.红外和Raman 光谱研究的基本问题 2.说明和解释晶格振动模的红外和Raman 选择定则中K≈0 定则： 3.一级红外吸收和Raman 散射中相互排斥定律在什么条件下成立。（一级红外吸收或Raman 散射中相互排斥定律。） 4. 晶格振动模一级 Raman 散射中的能量守恒和准动量守恒条件？什么样的晶格振动模可以 在一级红外吸收和一级Raman 散射中测量到。 5.什么原因只能测分子集体的模式而不是一个个原子的模式？ 答： 1 红外吸收是通过偶极矩的变化 （称为红外活性）研究分子不对称振动、极性基团的振动。 而Raman 散射是通过分子极化率的变化（称为拉曼活性）研究分子对称性振动、非极性 基团的振动。 4 - 1 8 -1 2 因为光子波矢k （~ 10 cm ）比布里渊区尺寸（~ 10 cm ）要小得多，一级声子拉曼散射只 有布里渊区中心处（K≈0）的声子可以参与，且单声子红外吸收只能发生在K≈0 的布里渊 区中心附近。 3 存在中心反演对称性的体系中，红外活性与Raman 活性相互排斥。存在中心反演对称性 的分子或晶体，凡是红外激活的振动模，一定是Raman 非激活的。反之亦然。 4 (1)Raman 散射能量守恒条件：ћ − ћ = ±ћ ，其中w 和w 分别为入射和散射光子 I S 频率，wn 为声子频率。 准动量守恒条件：q≈0 对于一级Raman 散射 ћ − ћk = ±ћ ，其中k 为入射光波矢，k 为散射光波矢， I S q 是声子波矢。由于光子波矢很小，k ≈k ≈0 。得到一级Raman 散射的准动量守恒条件： I S q≈0 (2)q≈0 的光学模，即长波光学模 （或基模）可以在一级红外吸收和一级Raman 散射中测 量到。 5 红外吸收要求有偶极矩变化，拉曼光谱要求分子极化率的变化。单个原子不能满足这两个 条件。 二、（STM 部分，15 分） （1）请简要叙述扫描隧道显微镜的工作原理。 （2 ）为什么扫描隧道显微镜具有原子分辨率？ （3 ）扫描隧道微分电导谱（dI/dV-V 谱）在什么情况下可以认为测量的是样品表面的电子局 域态密度？ （4 ）扫描隧道显微术如何实现对分子的识别？ 答： 1 尖锐金属探针在样品表面扫描，利用针尖-样品间纳米间隙的量子隧道效应引起电流与间 隙大小呈指数关系，通过扫描记录下表面上每一点不同的隧道电流，从而描绘出表面的形 貌特征。 2 隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数的依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电 流即增加约一个数量级。 针尖-样品间距稳定：高度机械稳定性 针尖尖锐度：单个原子 对针尖x-y-z 空间位置的高精确控制：Å 量级 隧穿电流的精确测量：nA~pA 量级 3 针尖态密度和隧穿矩阵元都可以近似为常数时，dI/dV 谱就直接反映出了样品的态密度信 息。此时STM 隧穿电流的微分电导dI/dV 与样品表面的电子局域态密度成正比。 2 2 4 二次微分谱反映了分子的振动态， d I/dV 图像可以用来识别分子。 三、已知进入电子能量分析仪的能量为E ，θ，φ。求光子的K ，K ，K