固体物理实验方法Chapter 7_AES

固体物理实验技术使用方法在固体物理的研究和实验中，实验技术的应用至关重要。

各种实验技术不仅可以帮助我们观察和测量样本的性质，还能帮助我们揭示物质的微观结构和性质。

本文将介绍一些常用的固体物理实验技术使用方法，并探讨其优缺点和适用范围。

一、X射线衍射实验技术X射线衍射是一种重要的固体物理实验技术，可用于分析晶体的结构和性质。

使用该技术时，首先需要一台X射线衍射仪。

我们将待测的晶体放置在衍射仪的样品台上，然后调整入射角和衍射角，以便获得清晰的衍射图案。

通过分析衍射图案，我们可以推断出晶体的晶格常数、晶体结构和晶面指数等信息。

然而，X射线衍射技术也存在一些局限。

首先，非晶态材料和粉末样品并不适合使用X射线衍射。

其次，该技术需要高度纯净的晶体样品，并且通常需要进行复杂的样品制备步骤。

因此，在实际操作时需要充分考虑样品的制备和测量条件。

二、扫描电子显微镜（SEM）技术扫描电子显微镜是一种常用的表面形貌分析技术，它可以提供高分辨率的样品表面形貌图像。

在进行SEM实验时，我们需要将待测样品放置在SEM仪器的样品台上，并用电子束扫描样品表面，通过观察电子束与样品相互作用产生的信号来获取样品的电子图像。

SEM技术具有很高的表面分辨率和显微镜图像的深度。

它可以观察微观尺度下的样品表面微结构，并提供有关样品表面元素成分的信息。

然而，SEM仪器的高分辨率也需要较高的设备维护成本，并且对样品制备要求较高。

三、核磁共振（NMR）实验技术核磁共振是一种重要的固体物理实验技术，广泛应用于材料科学和化学等领域。

使用NMR技术时，我们将待测样品置于一个强磁场中，并通过施加射频脉冲来激发样品中的原子核。

通过测量激发原子核的自旋矩阵元的信号来获得样品的核磁共振谱图。

核磁共振谱图可以提供样品的化学位移、偶合常数、弛豫时间等信息。

NMR技术具有极高的分辨率和灵敏度。

它可以测量不同核自旋的能级差，并用于分析样品中不同核自旋的种类、数量和化学环境。

物理学中的固体物理学方法物理学是一门研究自然界中各种物质和能量相互作用的学科。

在物理学的众多分支中，固体物理学是一门非常重要的领域。

固体物理学研究的是固体物质的性质和行为，涉及到电子结构、晶体结构、磁性、声学等多个方面。

本文将探讨固体物理学中的一些常用方法和技术。

一、X射线衍射X射线衍射是固体物理学中最常用的实验技术之一。

通过将X射线照射到固体样品上，观察样品中的晶体衍射图样，可以得到关于晶体结构的重要信息。

X射线衍射技术广泛应用于研究晶体的晶格结构、晶体缺陷以及晶体的相变等问题。

通过分析衍射图样，可以确定晶体的晶胞参数、晶体的点群对称性以及晶体中原子的排列方式等。

二、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种能够观察到原子尺度的表面形貌和电子结构的仪器。

STM的工作原理是利用隧道效应，通过控制探针与样品之间的距离，测量电子的隧道电流来获得样品表面的拓扑结构和电子分布。

STM的分辨率可以达到亚埃的尺度，因此在研究固体材料的表面形貌、表面缺陷以及表面电子结构等方面具有重要的应用价值。

三、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量物质散射光的频率变化来研究物质的结构和振动特性的技术。

在固体物理学中，拉曼光谱常用于研究晶格振动、晶格畸变以及材料的电子结构等问题。

通过测量样品散射光的频率偏移，可以得到关于样品中原子振动的信息。

拉曼光谱技术在研究固体材料的结构和性质方面具有广泛的应用。

四、核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种通过测量物质中核自旋的共振现象来研究物质的结构和性质的技术。

在固体物理学中，NMR常用于研究材料的晶体结构、晶体缺陷以及材料中的自旋相互作用等问题。

通过测量样品中核自旋的共振频率和强度，可以得到关于样品中原子的排列方式和相互作用的信息。

NMR技术在研究固体材料的结构和性质方面具有重要的应用价值。

物理实验技术的固体物理实验方法引言物理实验技术在科学研究中扮演着重要的角色，而固体物理是物理学中重要的一个分支，研究固体材料的性质和行为。

因此，掌握固体物理实验方法对于深入了解和研究材料的物理特性至关重要。

本文将探讨几种常用的固体物理实验方法，包括力学性质的测量、电学性质的测量以及热学性质的测量。

力学性质的测量在固体物理实验中，测量材料的力学性质是基础且常见的实验方法。

其中，最常用的实验方法之一是拉伸实验。

拉伸实验可以通过引入外力来测量材料的拉伸强度、屈服点、断裂强度等参数。

实验中，可以使用万能试验机等设备来施加恒定的力至材料断裂，并记录下拉伸强度。

此外，还可以使用应变计来测量材料的应变变化，从而进一步分析材料的应变率和模量等性质。

电学性质的测量固体物理实验中，电学性质的测量也是常见且重要的实验方法之一。

其中，最常见的实验方法是电阻测量。

电阻测量可以通过测量两个点之间的电压差和电流来计算材料的电阻值。

在实验过程中，可以使用多用电表等仪器来完成测量任务。

另外，对于导电性能较差的材料，还可以使用四探针测量方法来减小引入的额外电阻，提高测量精度。

热学性质的测量热学性质是研究固体物理中的重要方面，对于材料的导热性能、热膨胀系数等参数的测量可以通过一系列实验方法来完成。

首先，热导率的测量可以采用热平衡法和热辐射法。

热平衡法可以通过观察材料两端的温度差和施加的热流来确定热导率。

热辐射法则通过热辐射强度与温度的关系来计算导热性能。

其次，热膨胀系数的测量可以使用热膨胀仪来完成，该仪器可以通过测量材料温度变化引起的长度变化来计算出热膨胀系数。

结论固体物理实验方法的选择需根据研究的具体目的和材料的特性而定。

力学性质的测量可以通过拉伸实验来获得材料的力学参数。

电学性质的测量可以通过电阻测量和四探针测量来得到材料的电阻值和导电性质。

热学性质的测量可以通过热导率和热膨胀系数的测量来分析材料的导热性和热膨胀特性。

这些实验方法为我们深入了解和研究固体材料的物理特性提供了重要的参考。

课程名称：固体物理实验方法学院：物理科学与技术学院专业：物理学学号：31446013 姓名：聂成宏一、为什么俄歇电子谱测量须采用微分法提取俄歇电子信号？答：俄歇效应：原子发射的一个电子导致另一个电子被发射出来的物理现象。

是伴随一个电子能量降低的同时，另一个（或多个）电子能量增高的跃迁过程。

当一个处于内层电子被移除后，留下一个空位，高能级的电子就会填补这个空位，同时释放能量。

通常能量以发射光子的形式释放，但也可以通过发射原子中的一个电子来释放。

第二个被发射的电子叫做俄歇电子。

俄歇电子谱会有缓慢变化的、非弹性散射电子形成的背景信号。

由于俄歇电子的信号非常弱，二次电子的背景又很高，再加上积分谱的俄歇峰又比较宽，其信号基本被二次电子的背底所掩盖。

所以俄歇电子能谱仪均采用锁相放大器，记录微分信号。

该技术可以大大提高俄歇电子能谱的信背比。

随着电子技术和计算机技术的发展，现在的俄歇电子能谱已不再采用锁相模拟微分技术，直接采用计算机采集积分谱，然后再通过扣背底或数字微分的方法提高俄歇电子能谱的信背比。

这样就可以从俄歇谱图上表注每个俄歇峰的结合能位置（负峰），然后根据俄歇动能的数据在标准手册中寻找对应的元素。

然后再通过对照标准谱图，一一对应其余的峰。

最后确定有那些元素存在。

因此，俄歇电子谱测量时须采用微分法提取俄歇电子信号。

二、高炉渣经球磨以后，其粉末衍射图谱和衍射峰位由以下图表给出，所用入射线为Cu-K α线。

如图所示，炉渣中黄长石（Melilite ）成分的（211）衍射峰位和半峰宽（FWHM ）将随球磨时间增加而发生变化。

估算不同球磨时间下黄长石的晶粒尺寸。

(hkl D 为沿垂直于晶面方向()hkl 的晶粒直径，β为衍射峰的半高峰宽（rad ）,此时k=0.89，λ为入射Cu-K α射线波长（λ=0.1542nm ），θ为布拉格衍射角）。

固体物理实验方法一、物理主要的实验方法及其主要功能1．X射线衍射分析技术1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了X射线，后人为了纪念发现者也称它为“伦琴射线”。

X射线技术目前在工业和科学技术中的应用十分广泛，在硅酸盐材料工业及材料科学中X射线物相分析是一种重要分析方法。

X射线衍射现象有两种可能的用途：①已知和求出；②已知和求出。

前者是X射线衍射仪的主要功能，它能精确地测定晶体的晶格常数、晶格应变、晶体缺陷、晶粒直径和晶轴方向等，是研究金属、半导体和光学晶体的一种重要手段。

后者类似于光谱仪器或电子微探针的功能，可测定被测晶体样品中所含的元素成分和含量。

2．透射电子显微术透射电镜由电子枪，聚光镜，物镜，中间镜，投影影和荧光屏，底片盒等组成。

整个镜筒的真空度约为10-7。

电子束经聚光镜汇聚在薄试样上。

由于电子能量一般为100eV，能透过的试样厚度一般为100Nm, 电子进入试样后发生散射或衍射，在试样的出射面产生振幅和相位衬度，物镜以下的透镜使这一衬度成象于荧光屏或底片上，调节中间镜焦距，还可以使物镜焦面上晶体衍射图样成象于荧光屏或底片上。

主要用于观察生物试样的薄切片，金属材料的表面复型和蒸发薄膜等。

3．扫描电子显微术透射电镜由电子枪，聚光镜，电子束偏转线圈和信号探测系统等组成。

镜筒真空度约10-3Pa。

电子束经聚光镜，物镜聚焦到厚试样表面，最小束斑直径可达nm量级，电子进入试样后经过复杂的散射过程，产生二次电子，背散射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子，阴极发光等信号。

普通扫描电镜利用前三种信号成像，增加一些附属装置后可以探测X射线，阴极发光等信号。

用于薄试样和厚试样的散射均可。

4．LEED衍射法LEED的衍射原理与X射线衍射相同。

它们的差别除了被散射粒子不同外，散射体对被散射粒子的相互作用亦不同。

LEED的入射电子由原子实的静电作用而形成弹性散射。

电子能量小于1keV时，非弹性散射截面很大而不易透入体内，所以只有表面几层原子的结构决定衍射图样。