1994年诺贝尔物理学奖——中子谱学和中子衍射技术
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历年诺贝尔物理学奖1901-19101901年诺贝尔物理学奖—— X射线的发现1902年诺贝尔物理学奖——塞曼效应的发现和研究1903年诺贝尔物理学奖——放射形的发现和研究1904年诺贝尔物理学奖——氩的发现1905年诺贝尔物理学奖——阴极射线的研究1906年诺贝尔物理学奖——气体导电1907年诺贝尔物理学奖——光学精密计量和光谱学研究1908年诺贝尔物理学奖——照片彩色重现1909年诺贝尔物理学奖——无线电报1910年诺贝尔物理学奖——气夜状态方程1911-19201911年诺贝尔物理学奖——热辐射定律的发现1912年诺贝尔物理学奖——航标灯自动调节器1913年诺贝尔物理学奖——低温物质的特性1914年诺贝尔物理学奖——晶体的X射线衍射1915年诺贝尔物理学奖—— X射线晶体结构分析1916年诺贝尔物理学奖——未授奖1917年诺贝尔物理学奖——元素的标识X辐射1918年诺贝尔物理学奖——能量级的发现1919年诺贝尔物理学奖——斯塔克效应的发现1920年诺贝尔物理学奖——合金的反常特性1921-19301921年诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献1922年诺贝尔物理学奖——原子结构和原子光谱1923年诺贝尔物理学奖——基本电荷和光电效应实验1924年诺贝尔物理学奖—— X射线光谱学1925年诺贝尔物理学奖——弗兰克-赫兹实验1926年诺贝尔物理学奖——物质结构的不连续性1927年诺贝尔物理学奖——康普顿效应和威尔逊云室1928年诺贝尔物理学奖——热电子发射定律1929年诺贝尔物理学奖——电子的波动性1930年诺贝尔物理学奖——拉曼效应1931-19401931年诺贝尔物理学奖——未授奖1932年诺贝尔物理学奖——量子力学的创立1933年诺贝尔物理学奖——原子理论的新形式1934年诺贝尔物理学奖——未授奖1935年诺贝尔物理学奖——中子的发现1936年诺贝尔物理学奖——宇宙辐射和正电子的发现1937年诺贝尔物理学奖——电子衍射1938年诺贝尔物理学奖——中子辐照产生新放射性元素1939年诺贝尔物理学奖——回旋加速器的发明1940年诺贝尔物理学奖——未授奖1941-19501941年诺贝尔物理学奖——未授奖1942年诺贝尔物理学奖——未授奖1943年诺贝尔物理学奖——分子束方法和质子磁矩1944年诺贝尔物理学奖——原子核的磁特性1945年诺贝尔物理学奖——泡利不相容原理1946年诺贝尔物理学奖——高压物理学1947年诺贝尔物理学奖——电离层的研究v1948年诺贝尔物理学奖——云室方法的改进1949年诺贝尔物理学奖——预言介子的存在1950年诺贝尔物理学奖——核乳胶的发明1951-19601951年诺贝尔物理学奖——人工加速带电粒1952年诺贝尔物理学奖——核磁共振1953年诺贝尔物理学奖——相称显微法1954年诺贝尔物理学奖——波函数的统计解释和用符合法作出的发现1955年诺贝尔物理学奖——兰姆位移与电子磁矩1956年诺贝尔物理学奖——晶体管的发明1957年诺贝尔物理学奖——宇称守恒定律的破坏1958年诺贝尔物理学奖——切连科夫效应的发现和解释1959年诺贝尔物理学奖——反质子的发现1960年诺贝尔物理学奖——泡室的发明1961-19701961年诺贝尔物理学奖——核子结构和穆斯堡尔效应1962年诺贝尔物理学奖——凝聚态理论1963年诺贝尔物理学奖——原子核理论和对称性原理1964年诺贝尔物理学奖——微波激射器和激光器的发明1965年诺贝尔物理学奖——量子电动力学的发展1966年诺贝尔物理学奖——光磁共振方法1967年诺贝尔物理学奖——恒星能量的生成1968年诺贝尔物理学奖——共振态的发现1969年诺贝尔物理学奖——基本粒子及其相互作用的分类1970年诺贝尔物理学奖——磁流体动力学和新的磁性理论1971-19801971年诺贝尔物理学奖——全息术的发明1972年诺贝尔物理学奖——超导电性理论1973年诺贝尔物理学奖——隧道现象和约瑟夫森效应的发现1974年诺贝尔物理学奖——射电天文学的先驱性工作1975年诺贝尔物理学奖——原子核理论1976年诺贝尔物理学奖—— J/?粒子的发展1977年诺贝尔物理学奖——电子结构理论1978年诺贝尔物理学奖——低温研究和宇宙背景辐射1979年诺贝尔物理学奖——弱电统一理论1980年诺贝尔物理学奖—— C_P破坏的发现1981-19901981年诺贝尔物理学奖——激光光谱学与电子能谱学1982年诺贝尔物理学奖——相变理论1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就1984年诺贝尔物理学奖—— W±和Z?粒子的发现1985年诺贝尔物理学奖——量子霍尔效应1986年诺贝尔物理学奖——电子显微镜与扫描隧道显微镜1987年诺贝尔物理学奖——高温超导电性1988年诺贝尔物理学奖——中微子的研究1989年诺贝尔物理学奖——原子钟和离子捕集技术1990年诺贝尔物理学奖——核子的深度非弹性散射1991-20011991年诺贝尔物理学奖——液晶和聚合物1992年诺贝尔物理学奖——多斯正比室的发明1993年诺贝尔物理学奖——新型脉冲星1994年诺贝尔物理学奖——中子谱学和中子衍射技术1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现1996年诺贝尔物理学奖——发现氦-3中的超流动性1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子1998年诺贝尔物理学奖——分数量子霍耳效应的发现1999年诺贝尔物理学奖——亚原子粒子之间电弱相互作用的量子结构2000年诺贝尔物理学奖——半导体研究的突破性进展2001年诺贝尔物理学奖——玻色爱因斯坦冷凝态的研究。
历届诺贝尔物理学奖1901年威尔姆·康拉德·伦琴(德国人)发现X 射线1902年亨德瑞克·安图恩·洛伦兹、P. 塞曼(荷兰人)研究磁场对辐射的影响1903年安东尼·亨利·贝克勒尔(法国人)发现物质的放射性皮埃尔·居里(法国人)、玛丽·居里(波兰人)从事放射性研究1904年J.W.瑞利(英国人)从事气体密度的研究并发现氩元素1905年P.E.A.雷纳尔德(德国人)从事阴极线的研究1906年约瑟夫·约翰·汤姆生(英国人)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献1907年 A.A.迈克尔逊(美国人)发明了光学干涉仪并且借助这些仪器进行光谱学和度量学的研究1908年加布里埃尔·李普曼(法国人)发明了彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)1909年伽利尔摩·马可尼(意大利人)、K . F. 布劳恩(德国人)开发了无线电通信O.W.理查森(英国人)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律1910年翰尼斯·迪德里克·范德华(荷兰人)从事气态和液态议程式方面的研究1911年W.维恩(德国人)发现热辐射定律1912年N.G.达伦(瑞典人)发明了可以和燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动节装置1913年H·卡末林—昂内斯(荷兰人)从事液体氦的超导研究1914年马克斯·凡·劳厄(德国人)发现晶体中的X射线衍射现象1915年威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国人)借助X射线,对晶体结构进行分析1916年未颁奖1917年 C.G.巴克拉(英国人)发现元素的次级X 辐射的特征1918年马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国人)对确立量子理论作出巨大贡献1919年J.斯塔克(德国人)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象1920年 C.E.纪尧姆(瑞士人)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性1921年阿尔伯特·爱因斯坦(美籍犹太人)发现了光电效应定律等1922年尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦人)从事原子结构和原子辐射的研究1923年R.A.米利肯从事基本电荷和光电效应的研究1924年K.M.G.西格巴恩(瑞典人)发现了X 射线中的光谱线1925年詹姆斯·弗兰克、G.赫兹(德国人)发现原子和电子的碰撞规律1926年J.B.佩兰(法国人)研究物质不连续结构和发现沉积平衡1927年阿瑟·霍利·康普顿(美国人)发现康普顿效应(也称康普顿散射) C.T.R.威尔逊(英国人)发明了云雾室,能显示出电子穿过水蒸气的径迹1928年O.W 理查森(英国人)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律1929年路易斯·维克多·德布罗意(法国人)发现物质波1930年 C.V.拉曼(印度人)从事光散方面的研究,发现拉曼效应1931年未颁奖1932年维尔纳·K.海森伯(德国人)创建了量子力学1933年埃尔温·薛定谔(奥地利人)、P.A.M.狄拉克(英国人)发现原子理论新的有效形式1934年未颁奖1935年J.查德威克(英国人)发现中子1936年V.F.赫斯(奥地利人)发现宇宙射线; C.D.安德森(美国人)发现正电子1937年 C.J.戴维森(美国人)、G.P.汤姆森(英国人)发现晶体对电子的衍射现象1938年 E.费米(意大利人)发现中子轰击产生的新放射性元素并发现用慢中子实现核反应1939年 E.O.劳伦斯(美国人)发明和发展了回旋加速器并以此取得了有关人工放射性等成果1940年~1942年未颁奖1943年O.斯特恩(美国人)开发了分子束方法以及质子磁矩的测量1944年I.I.拉比(美国人)发明了著名气核磁共振法1945年沃尔夫冈·E.泡利(奥地利人)发现不相容原理1946年P.W.布里奇曼(美国人)发明了超高压装置,并在高压物理学方面取得成就1947年 E.V.阿普尔顿(英国人)从事大气层物理学的研究,特别是发现高空无线电短波电离层(阿普尔顿层)1948年P.M.S.布莱克特(英国人)改进了威尔逊云雾室方法,并由此导致了在核物理领域和宇宙射线方面的一系列发现1949年汤川秀树(日本人)提出核子的介子理论,并预言介子的存在1950年 C.F.鲍威尔(英国人)开发了用以研究核破坏过程的照相乳胶记录法并发现各种介子1951年J.D.科克罗夫特(英国人)、E.T.S.沃尔顿(爱尔兰人)通过人工加速的粒子轰击原子,促使其产生核反应(嬗变)1952年 F.布洛赫、E.M.珀塞尔(美国人)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法1953年 F.泽尔尼克(荷兰人)发明了相衬显微镜1954年马克斯·玻恩在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献W. 博特(德国人)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线1955年W.E.拉姆(美国人)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构P.库什(美国人)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论1956年W.H.布拉顿、J.巴丁、W.B.肖克利(美国人)从事半导体研究并发现了晶体管效应1957年李政道、杨振宁(美籍华人)对宇称定律作了深入研究1958年P.A.切伦科夫、I.E.塔姆、I.M.弗兰克(俄国人)发现并解释了切伦科夫效应1959年 E .G. 塞格雷、O. 张伯伦(美国人)发现反质子1960年 D.A.格拉塞(美国人)发明气泡室,取代了威尔逊的云雾室1961年R.霍夫斯塔特(美国人)利用直线加速器从事高能电子散射研究并发现核子R.L.穆斯保尔(德国人)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯保尔效应1962年列夫·达维多维奇·朗道(俄国人)开创了凝集态物质特别是液氦理论1963年 E. P.威格纳(美国人)发现基本粒子的对称性以及原子核中支配质子与中子相互作用的原理M.G.迈耶(美国人)、J.H.D.延森(德国人)从事原子核壳层模型理论的研究1964年 C.H.汤斯(美国人)、N.G.巴索夫、A.M.普罗霍罗夫(俄国人)发明微波射器和激光器,并从事量子电子学方面的基础研究1965年朝永振一郎(日本人)、J. S . 施温格、R.P.费曼(美国人)在量子电动力学方面进行对基本粒子物理学具有深刻影响的基础研究1966年 A.卡斯特勒(法国人)发现和开发了把光的共振和磁的共振合起来,使光束与射频电磁发生双共振的双共振法1967年H.A.贝蒂(美国人)以核反应理论作出贡献,特别是发现了星球中的能源1968年L.W.阿尔瓦雷斯(美国人)通过发展液态氢气泡和数据分析技术,从而发现许多共振态1969年M.盖尔曼(美国人)发现基本粒子的分类和相互作用1970年L.内尔(法国人)从事铁磁和反铁磁方面的研究H.阿尔文(瑞典人)从事磁流体力学方面的基础研究1971年 D.加博尔(英国人)发明并发展了全息摄影法1972年J. 巴丁、L. N. 库柏、J.R.施里弗(美国人)从理论上解释了超导现象1973年江崎玲于奈(日本人)、I.贾埃弗(美国人)通过实验发现半导体中的“隧道效应”和超导物质 B.D.约瑟夫森(英国人)发现超导电流通过隧道阻挡层的约瑟夫森效应1974年M.赖尔、A.赫威斯(英国人)从事射电天文学方面的开拓性研究1975年 A.N. 玻尔、B.R.莫特尔森(丹麦人)、J.雷恩沃特(美国人)从事原子核内部结构方面的研究1976年 B. 里克特(美国人)、丁肇中(美籍华人)发现很重的中性介子–J /φ粒子1977年P.W. 安德林、J.H. 范弗莱克(美国人)、N.F.莫特(英国人)从事磁性和无序系统电子结构的基础研究1978年P.卡尔察(俄国人)从事低温学方面的研究 A.A.彭齐亚斯、R.W.威尔逊(美国人)发现宇宙微波背景辐射1979年谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国人)、A. 萨拉姆(巴基斯坦)预言存在弱中性流,并对基本粒子之间的弱作用和电磁作用的统一理论作出贡献1980年J.W.克罗宁、V.L.菲奇(美国人)发现中性K介子衰变中的宇称(CP)不守恒1981年K.M.西格巴恩(瑞典人)开发出高分辨率测量仪器N.布洛姆伯根、A.肖洛(美国人)对发展激光光谱学和高分辨率电子光谱做出贡献1982年K.G.威尔逊(美国人)提出与相变有关的临界现象理论1983年S.昌德拉塞卡、W.A.福勒(美国人)从事星体进化的物理过程的研究1984年 C.鲁比亚(意大利人)、S. 范德梅尔(荷兰人)对导致发现弱相互作用的传递者场粒子W±和Z 0的大型工程作出了决定性贡献1985年K. 冯·克里津(德国人)发现量了霍耳效应并开发了测定物理常数的技术1986年 E.鲁斯卡(德国人)在电光学领域做了大量基础研究,开发了第一架电子显微镜G.比尼格(德国人)、H.罗雷尔(瑞士人)设计并研制了新型电子显微镜——扫描隧道显微镜1987年J.G.贝德诺尔斯(德国人)、K.A.米勒(瑞士人)发现氧化物高温超导体1988年L.莱德曼、M.施瓦茨、J.斯坦伯格(美国人)发现μ子型中微子,从而揭示了轻子的内部结构1989年W.保罗(德国人)、H.G.德默尔特、N.F.拉姆齐(美国人)创造了世界上最准确的时间计测方法——原子钟,为物理学测量作出杰出贡献1990年J.I.弗里德曼、H.W.肯德尔(美国人)、理查德·E.泰勒(加拿大人)通过实验首次证明了夸克的存在1991年皮埃尔—吉勒·德·热纳(法国人)从事对液晶、聚合物的理论研究1992年G.夏帕克(法国人)开发了多丝正比计数管1993年R.A.赫尔斯、J.H.泰勒(美国人)发现一对脉冲双星,为有关引力的研究提供了新的机会1994年BN.布罗克豪斯(加拿大人)、C.G.沙尔(美国人)在凝聚态物质的研究中发展了中子散射技术1995年M.L.佩尔、F.莱因斯(美国人)发现了自然界中的亚原子粒子:Υ轻子、中微子1996年 D. M . 李(美国人)、D.D.奥谢罗夫(美国人)、理查德·C.理查森(美国人)发现在低温状态下可以无摩擦流动的氦- 31997年朱棣文(美籍华人)、W.D.菲利普斯(美国人)、C.科昂–塔努吉(法国人)发明了用激光冷却和俘获原子的方法1998年劳克林(美国)、斯特默(美国)、崔琦(美籍华人)发现了分数量子霍尔效应1999年H.霍夫特(荷兰)、M.韦尔特曼(荷兰)阐明了物理中电镀弱交互作用的定量结构.2000年阿尔费罗夫(俄罗斯人)、基尔比(美国人)、克雷默(美国人)因其研究具有开拓性,奠定资讯技术的基础,分享今年诺贝尔物理奖。
中子衍射法的原理
中子衍射法是研究物质结构的重要方法之一,它利用中子的波动性来探测物质的结晶结构和非晶态结构。
中子衍射法的原理可以总结为以下几点。
1. 中子的波动性:中子既可以看作是粒子,也可以看作是波动。
与光子不同,中子具有质量,因此具有较短的波长,能够穿透物质并与物质相互作用。
2. 中子的散射:当中子穿过物质时,会与物质中的原子或分子发生散射作用。
根据散射的方向和强度,可以推断出物质的结构和性质。
3. 粒子的布拉格衍射:中子的散射行为可以用布拉格衍射理论来描述。
根据布拉格衍射的原理,当入射的中子波长与晶格的间距匹配时,会发生共焦衍射现象。
4. 衍射图样的解读:通过测量中子的散射角度和强度,可以得到衍射图样。
衍射图样中的峰位和峰高可以提供有关晶格常数、晶体结构、晶体缺陷和晶体内部排列等信息。
5. 中子源的选择:不同类型的中子源可以提供不同波长的中子,从而适用于不同类型的物质研究。
热中子源适用于晶体结构的研究,而冷中子源则适用于非晶态结构和动力学研究。
6. 衍射仪器的设计:中子衍射实验通常使用中子衍射仪器进行,包括中子源、样品台、衍射器和探测器等。
这些仪器的设计和性能对中子衍射实验的结果具有重要影响。
中子衍射法的原理基于中子的波动性和物质的散射行为,通过测量衍射图样来研究物质的结构。
中子衍射法在材料科学、物理学和生物学等领域都有广泛的应用,可以帮助科学家深入理解物质的微观结构和性质。
同时,中子衍射法还可以用于研究材料的相变、动力学过程和磁性等特性。
中子衍射法的发展为我们揭示了物质世界的更多奥秘,推动了科学研究的进步。
中子衍射法的原理引言:中子衍射法是一种物理实验方法,用于研究物质的晶体结构和材料的相互作用。
通过分析中子的衍射图案,可以获得物质的晶体结构信息,从而揭示物质的微观性质。
一、中子的性质和特点中子是构成原子核的基本粒子之一,其质量与质子相近,但不带电荷。
中子具有波粒二象性,既可以看作是粒子,又可以看作是波动现象。
中子的波长与其动能有关,动能越高,波长越短。
二、中子的衍射现象当中子通过晶体等周期性结构时,会发生衍射现象。
中子的波动性使得它们可以被晶体的晶格结构所散射,并形成衍射图样。
这些衍射图样可以用来确定晶体的结构参数,如晶胞参数、晶格常数等。
三、布拉格方程布拉格方程是中子衍射法的基本原理之一,它描述了中子在晶体中的衍射条件。
布拉格方程可以表示为:2dsinθ = nλ其中,d为晶格面间距,θ为衍射角,n为衍射级数,λ为中子的波长。
布拉格方程表明,只有当这个方程被满足时,中子才会发生衍射现象。
四、中子衍射实验中子衍射实验通常使用中子源、样品和衍射仪器。
中子源可以是核反应堆或加速器产生的中子束。
样品是需要研究的晶体或材料。
衍射仪器通常包括衍射晶体、探测器和数据采集系统。
中子经过样品后,被衍射晶体散射,并在探测器上形成衍射图案。
通过分析衍射图案,可以得到样品的晶体结构信息。
五、中子衍射法的应用中子衍射法在材料科学、物理学、化学等领域有广泛的应用。
它可以用来研究晶体的结构、相变过程、磁性行为等。
中子衍射法还可以用来研究生物分子的结构,如蛋白质和核酸的结构。
同时,中子衍射法还可以用来研究材料的应力、应变、缺陷等性质。
六、中子衍射法的优势与其他衍射方法相比,中子衍射法具有一些独特的优势。
首先,中子与原子核发生弱相互作用,因此可以穿透很厚的样品。
其次,中子的散射截面与原子核的质量数和中子的波长有关,因此可以用来研究轻元素和重元素。
此外,中子的波长与晶体的尺寸相当,因此可以用来研究纳米材料的结构。
结论:中子衍射法是一种重要的研究物质结构和性质的方法。
目录1901-1950 (1)1951-1980 (4)1981-2000 (7)2001-2010 (8)2011-2020 (10)2021 (12)独享还是共享? (13)人选空缺怎么办? (13)最年轻和最年长的获奖者 (13)史上获两次诺贝尔物理学奖的人 (14)获得诺贝尔物理学奖的华人科学家 (14)作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一,物理学奖被授予“在物理学领域作出最重要发现或发明的人”,与其他诺贝尔奖相比,物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。
诺贝尔物理学奖规则规定,获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。
这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。
自1901年设立至今,诺贝尔物理学奖已走过百年历程,记录了物理学发展史上的无数个里程碑,已成为人类文明不可分割的一部分。
1901-19501、1901年:威尔姆·康拉德·伦琴(德国)发现X射线2、1902年:亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究3、1903年:安东尼·亨利·贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)9、1909年:伽利尔摩·马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律10、1910年:范德华(荷兰)关于气态和液态方程的研究11、1911年:维恩(德国)发现热辐射定律12、1912年:达伦(瑞典)发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置13、1913年:卡末林-昂内斯(荷兰)关于低温下物体性质的研究和制成液态氦14、1914年:马克斯·凡·劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象15、1915年:威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国)用X射线对晶体结构的研究16、1916年:未颁奖17、1917年:查尔斯·格洛弗·巴克拉(英国)发现元素的次级X辐射特性18、1918年:马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国)对确立量子论作出巨大贡献19、1919年:斯塔克(德国)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象20、1920年:纪尧姆(瑞士)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性21、1921年:阿尔伯特·爱因斯坦(德国)他对数学物理学的成就,特别是光电效应定律的发现22、1922年:尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦)关于原子结构以及原子辐射的研究23、1923年:罗伯特·安德鲁·密立根(美国)关于基本电荷的研究以及验证光电效应24、1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线25、1925年:弗兰克·赫兹(德国)发现原子和电子的碰撞规律26、1926年:佩兰(法国)研究物质不连续结构和发现沉积平衡27、1927年:康普顿(美国)发现康普顿效应;威尔逊(英国)发明了云雾室,能显示出电子穿过空气的径迹28、1928年:理查森(英国)研究热离子现象,并提出理查森定律29、1929年:路易·维克多·德布罗意(法国)发现电子的波动性30、1930年:拉曼(印度)研究光散射并发现拉曼效应31、1931年:未颁奖32、1932年:维尔纳·海森伯(德国)在量子力学方面的贡献33、1933年:埃尔温·薛定谔(奥地利)创立波动力学理论;保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克(英国)提出狄拉克方程和空穴理论34、1934年:未颁奖35、1935年:詹姆斯·查德威克(英国)发现中子36、1936年:赫斯(奥地利)发现宇宙射线;安德森(美国)发现正电子37、1937年:戴维森(美国)、乔治·佩杰特·汤姆生(英国)发现晶体对电子的衍射现象38、1938年:恩利克·费米(意大利)发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应39、1939年:欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(美国)发明回旋加速器,并获得人工放射性元素40、1940—1942年:未颁奖41、1943年:斯特恩(美国)开发分子束方法和测量质子磁矩42、1944年:拉比(美国)发明核磁共振法43、1945年:沃尔夫冈·E·泡利(奥地利)发现泡利不相容原理44、1946年:布里奇曼(美国)发明获得强高压的装置,并在高压物理学领域作出发现45、1947年:阿普尔顿(英国)高层大气物理性质的研究,发现阿普顿层(电离层)46、1948年:布莱克特(英国)改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现47、1949年:汤川秀树(日本)提出核子的介子理论并预言∏介子的存在48、1950年:塞索·法兰克·鲍威尔(英国)发展研究核过程的照相方法,并发现π介子1951-198049、1951年:科克罗夫特(英国)、沃尔顿(爱尔兰)用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变50、1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法51、1953年:泽尔尼克(荷兰)发明相衬显微镜52、1954年:马克斯·玻恩(英国)在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献;博特(德国)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线53、1955年:拉姆(美国)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构;库什(美国)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论54、1956年:布拉顿、巴丁(犹太人)、肖克利(美国)发明晶体管及对晶体管效应的研究55、1957年:李政道、杨振宁(美籍华人)发现弱相互作用下宇称不守衡,从而导致有关基本粒子的重大发现56、1958年:切伦科夫、塔姆、弗兰克(苏联)发现并解释切伦科夫效应57、1959年:塞格雷、欧文·张伯伦(OwenChamberlain)(美国)发现反质子58、1960年:格拉塞(美国)发现气泡室,取代了威尔逊的云雾室59、1961年:霍夫斯塔特(美国)关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构;穆斯堡尔(德国)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应60、1962年:达维多维奇·朗道(苏联)关于凝聚态物质,特别是液氦的开创性理论61、1963年:维格纳(美国)发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理;梅耶夫人(美国人.犹太人)、延森(德国)发现原子核的壳层结构62、1964年:汤斯(美国)在量子电子学领域的基础研究成果,为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础;巴索夫、普罗霍罗夫(苏联)发明微波激射器63、1965年:朝永振一郎(日本)、施温格、费因曼(美国)在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果64、1966年:卡斯特勒(法国)发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法65、1967年:贝蒂(美国)核反应理论方面的贡献,特别是关于恒星能源的发现66、1968年:阿尔瓦雷斯(美国)发展氢气泡室技术和数据分析,发现大量共振态67、1969年:盖尔曼(美国)对基本粒子的分类及其相互作用的发现68、1970年:阿尔文(瑞典)磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子物理富有成果的应用;内尔(法国)关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现69、1971年:加博尔(英国)发明并发展全息照相法70、1972年:巴丁、库柏、施里弗(美国)创立BCS超导微观理论71、1973年:江崎玲于奈(日本)发现半导体隧道效应;贾埃弗(美国)发现超导体隧道效应;约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质,即约瑟夫森效应72、1974年:马丁·赖尔(英国)发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究;赫威斯(英国)发现脉冲星73、1975年:阿格·N·玻尔、莫特尔森(丹麦)、雷恩沃特(美国)发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系提出核结构理论74、1976年:丁肇中、里希特(美国)各自独立发现新的J/ψ基本粒子75、1977年:安德森、范弗莱克(美国)、莫特(英国)对磁性和无序体系电子结构的基础性研究76、1978年:卡皮察(苏联)低温物理领域的基本发明和发现;彭齐亚斯、R·W·威尔逊(美国)发现宇宙微波背景辐射77、1979年:谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国)、阿布杜斯·萨拉姆(巴基斯坦)关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献,并预言弱中性流的存在78、1980年:克罗宁、菲奇(美国)发现电荷共轭宇称不守恒1981-200079、1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪80、1982年:K·G·威尔逊(美国)提出重整群理论,阐明相变临界现象81、1983年:萨拉马尼安·强德拉塞卡(美国)提出强德拉塞卡极限,对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究;福勒(美国)对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究82、1984年:卡洛·鲁比亚(意大利)证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在;范德梅尔(荷兰)发明粒子束的随机冷却法,使质子-反质子束对撞产生W 和Z粒子的实验成为可能83、1985年:冯·克里津(德国)发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术84、1986年:鲁斯卡(德国)设计第一台透射电子显微镜;比尼格(德国)、罗雷尔(瑞士)设计第一台扫描隧道电子显微镜85、1987年:柏德诺兹(德国)、缪勒(瑞士)发现氧化物高温超导材料86、1988年:莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格(美国)产生第一个实验室创造的中微子束,并发现中微子,从而证明了轻子的对偶结构87、1989年:拉姆齐(美国)发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用;德默尔特(美国)、保尔(德国)发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术88、1990年:弗里德曼、肯德尔(美国)、理查·爱德华·泰勒(加拿大)通过实验首次证明夸克的存在89、1991年:皮埃尔·吉勒德-热纳(法国)把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中90、1992年:夏帕克(法国)发明并发展用于高能物理学的多丝正比室91、1993年:赫尔斯、J·H·泰勒(美国)发现脉冲双星,由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在92、1994年:布罗克豪斯(加拿大)、沙尔(美国)在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术93、1995年:佩尔(美国)发现τ轻子;莱因斯(美国)发现中微子94、1996年:D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森(美国)发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素95、1997年:朱棣文、W·D·菲利普斯(美国)、科昂·塔努吉(法国)发明用激光冷却和捕获原子的方法96、1998年:劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦(美国)发现并研究电子的分数量子霍尔效应97、1999年:H·霍夫特、韦尔特曼(荷兰)阐明弱电相互作用的量子结构98、2000年:阿尔费罗夫(俄国)、克罗默(德国)提出异层结构理论,并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管;杰克·基尔比(美国)发明集成电路2001-201099、2001年:克特勒(德国)、康奈尔、卡尔·E·维曼(美国)在“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就100、2002年:雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼(美国)、小柴昌俊(日本)“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面的成就。
2011年诺贝尔物理学奖获奖者为美国加州大学伯克利分校教授索尔·佩尔马特,澳大利亚国立大学教授布莱恩·施密特,以及美国约翰斯·霍普金斯大学教授亚当·里斯。
他们的贡献是,通过对超新星的观测证明宇宙在加速膨胀、变冷。
2010年诺贝尔物理学奖获奖者为英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。
他们在2004年制成石墨烯材料。
石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。
2009年诺贝尔物理学奖获奖者为英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。
高锟获奖是由于在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就,而两位美国科学家的主要成就是发明半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
2008年诺贝尔物理学奖获奖者为美国籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英。
南部阳一郎的贡献是发现了亚原子物理学中的自发对称性破缺机制,而小林诚和益川敏英的贡献是发现了有关对称性破缺的起源。
2007年,法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现“巨磁电阻”效应而获诺贝尔物理学奖。
2006年,美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获奖。
2005年,美国科学家罗伊·格劳伯、约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施因为“对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。
2004年,诺贝尔物理学奖归属美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克。
他们发现了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。
2003年诺贝尔物理学奖——超导和超流体理论研究领域的卓越贡献2003年度诺贝尔物理奖授予拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利·金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特,以表彰他们由于在超导和超流体理论研究领域所作出的开创性贡献。
中子衍射技术在材料科学中的应用中子衍射技术是一种基于物质与中子之间的相互作用,在材料科学中广泛应用的方法。
它可以探测材料中原子的位置、晶体结构、磁性等信息,是研究材料性能、制造高性能材料的重要手段。
本文将从中子衍射的基本原理、应用领域和技术进展三个方面,介绍中子衍射技术在材料科学中的应用。
一、中子衍射的基本原理中子衍射是指通过中子在晶体中的衍射现象来探测晶体的结构信息。
中子具有中性、质量较重、波长较短等特点,与物质直接相互作用,可以穿透元素吸收率大的物质(如铁、铅等),与元素的原子核、电子发生作用。
当中子穿过晶体时,会发生衍射作用,从而形成衍射图案,而衍射图案中的强弱和位置与晶体的原子位置、晶体结构等性质密切相关。
二、中子衍射的应用领域1.材料结构:中子衍射技术可以确定材料的晶体结构,以及晶体中原子的位置和排布等信息,对于优化材料性能和改进材料制造工艺具有重要意义。
2.材料动力学:中子衍射技术可以通过探测晶体内的原子运动情况,研究材料的力学性质、磁性、电性和热传导性等基本性质。
3.新材料研发:中子衍射技术可以帮助开发新的材料,为合成和制造新材料提供必要的信息和依据。
4.生命科学:中子衍射技术可以应用于生物大分子的结构分析,有助于研究生命科学问题和开发新药。
5.环境科学:中子衍射技术可以应用于环境污染监测和处理,研究材料表面和界面反应等。
三、中子衍射技术的进展1.同步辐射中子衍射技术:同步辐射中子衍射技术是一种新兴的中子衍射技术,它通过同步辐射源产生的中子束来进行材料表面的非破坏性探测,具有高分辨率、高灵敏度的特点,可以广泛应用于材料科学领域。
2.非弹性中子散射技术:非弹性中子散射技术是另一种应用于材料科学领域的先进技术,它可以通过探测弹性散射与非弹性散射衍射图案的差异,获得更加准确、丰富的材料信息。
3.离子-中子反冲法:离子-中子反冲法(IBAD)是一种补充中子衍射技术的方法,可将离子束轰击晶体表面,使表面原子重新排布为有序结构,然后利用中子束来测量晶体的结构信息。
从诺贝尔物理学奖历届获奖研究方向中总结近百年来物理学科的发展方向诺贝尔物理学奖是根据瑞典化学家诺贝尔遗嘱所设的系列奖项之一,也是举世瞩目的最高科学大奖,是科学家们最梦想得到的奖项。
诺贝尔物理学奖的颁发已经持续一百余年了。
这一百余年正是现代物理学大发展的时期。
诺贝尔物理学奖包括了物理学的许多重大研究成果,遍及现代物理学的各个主要领域。
一百多年来的颁奖显示了现代物理学发展的轨迹。
可以说,诺贝尔物理学奖显示了现代物理学伟大成就的缩影,折射出了现代物理学的发展脉络。
诺贝尔物理学奖的颁发体现了物理学新成果的社会价值和历史价值,对科学进步有举足轻重的影响。
(注:摘自郭奕玲沈慧君《物理学史》)下面,我们把一百多年来历届诺贝尔物理学奖跟物理学的发展联系起来,把从1901年开始到1976年分为三个25年,也就是三个时代,从1777年到至今称为第四个时代,从这四个时代的诺贝尔得主的研究方向总结归纳出现代物理的发展轨迹及方向。
在第一个25年里,是一个从理论物理过度到量子物理的重要时期。
这一时期中,X射线的研究起到了十分重要的作用,首届诺贝尔物理学奖授予伦琴就是由于他发现了X射线,正是这一发现拉开了现代物理学革命的序幕。
X射线的发现和随后和放射性和电子的发现以及作为其起因的阴极射线的研究相继在1902年、1903年、1905年、1906年被授予诺贝尔物理学奖。
贝克勒尔和居里夫妇对放射性的工作获得了1903年的诺贝尔物理学奖,这些工作再加上卢瑟福对α射线的研究,使人们认识到以前被看成大概是没有结构的原子实际上包含了非常小而又非常紧凑的核。
人们还发现,有些原子核不稳定,会发射α,β等辐射。
在当时这可以说是一种革命性的简介,后来和物理学其他领域的并行工作一起,导致了创立第一章有用的原子结构图像。
X射线的研究,特别是X射线光谱学的研究,为原子结构提供了详细的信息,为此劳厄、亨利布拉格和劳伦斯布拉格、巴拉克以及曼妮西格班相继于1914年、1915年、1917年、1924年获得了诺贝尔物理学奖。
历年诺贝尔物理学奖得主(1901—2016)年份获奖者国籍获奖原因1901年威廉·康拉德·伦琴德国“发现不寻常的射线,之后以他的名字命名”(即X射线,又称伦琴射线,并伦琴做为辐射量的单位)1902年亨得里克·洛仑兹荷兰“关于磁场对辐射现象影响的研究"(即塞曼效应)彼得·塞曼荷兰1903年亨利·贝克勒法国“发现天然放射性”皮埃尔·居里法国“他们对亨利·贝克勒教授所发现的放射性现象的共同研究"玛丽·居里法国1904年约翰·威廉·斯特拉斯英国“对那些重要的气体的密度的测定,以及由这些研究而发现氩"(对氢气、氧气、氮气等气体密度的测量,并因测量氮气而发现氩)1905年菲利普·爱德华·安东·冯·莱纳德德国“关于阴极射线的研究"1906年约瑟夫·汤姆孙英国"对气体导电的理论和实验研究"1907年阿尔伯特·迈克耳孙美国“他的精密光学仪器,以及借助它们所做的光谱学和计量学研究"1908年加布里埃尔·李普曼法国“他的利用干涉现象来重现色彩于照片上的方法"1909年古列尔莫·马可尼意大利“他们对无线电报的发展的贡献"卡尔·费迪南德·布劳恩德国1910年范德华荷兰“关于气体和液体的状态方程的研究" 1911年威廉·维恩德国“发现那些影响热辐射的定律”1912年尼尔斯·古斯塔夫·达伦瑞典“发明用于控制灯塔和浮标中气体蓄积器的自动调节阀”1913年海克·卡末林·昂内斯荷兰“他在低温下物体性质的研究,尤其是液态氦的制成”1914年马克斯·冯·劳厄德国“发现晶体中的X射线衍射现象”1915年威廉·亨利·布拉格英国“用X射线对晶体结构的研究”威廉·劳伦斯·布拉格英国1917年查尔斯·格洛弗·巴克拉英国“发现元素的特征伦琴辐射"1918年马克斯·普朗克德国“因他的对量子的发现而推动物理学的发展”1919年约翰尼斯·斯塔克德国“发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下谱线的分裂现象”1920年夏尔·爱德华·纪尧姆瑞士“他的,推动物理学的精密测量的,有关镍钢合金的反常现象的发现”1921年阿尔伯特·爱因斯坦德国“他对理论物理学的成就,特别是光电效应定律的发现”1922年尼尔斯·玻尔丹麦“他对原子结构以及由原子发射出的辐射的研究”1923年罗伯特·安德鲁·密美国“他的关于基本电荷以及光电效应的工作”立根1924年卡尔·曼内·乔奇·塞格巴恩瑞典“他在X射线光谱学领域的发现和研究”[3]1925年詹姆斯·弗兰克德国“发现那些支配原子和电子碰撞的定律”古斯塔夫·赫兹德国1926年让·佩兰法国“研究物质不连续结构和发现沉积平衡”1927年阿瑟·康普顿美国“发现以他命名的效应”查尔斯·威耳逊英国“通过水蒸气的凝结来显示带电荷的粒子的轨迹的方法”1928年欧文·理查森英国“他对热离子现象的研究,特别是发现以他命名的定律”1929年路易·德布罗意公爵法国“发现电子的波动性”1930年钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼印度“他对光散射的研究,以及发现以他命名的效应”1932年维尔纳·海森堡德国“创立量子力学,以及由此导致的氢的同素异形体的发现”1933年埃尔温·薛定谔奥地利“发现了原子理论的新的多产的形式”(即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程)保罗·狄拉克英国1935年詹姆斯·查德威克英国“发现中子"1936年维克托·弗朗西斯·赫斯奥地利“发现宇宙辐射”卡尔·戴维·安德森美国“发现正电子”1937年克林顿·约瑟夫·戴维孙美国“他们有关电子被晶体衍射的现象的实验发现”乔治·汤姆孙英国1938年恩里科·费米意大利“证明了可由中子辐照而产生的新放射性元素的存在,以及有关慢中子引发的核反应的发现”1939年欧内斯特·劳伦斯美国“对回旋加速器的发明和发展,并以此获得有关人工放射性元素的研究成果”1943年奥托·施特恩美国“他对分子束方法的发展以及有关质子磁矩的研究发现”1944年伊西多·艾萨克·拉比美国“他用共振方法记录原子核的磁属性"1945年沃尔夫冈·泡利奥地利“发现不相容原理,也称泡利原理”1946年珀西·威廉斯·布里奇曼美国“发明获得超高压的装置,并在高压物理学领域作出发现”1947年爱德华·维克托·阿普尔顿英国“对高层大气的物理学的研究,特别是对所谓阿普顿层的发现”1948年帕特里克·梅纳德·斯图尔特·布莱克特英国“改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现”1949年汤川秀树日本“他以核作用力的理论为基础预言了介子的存在"1950年塞西尔·弗兰克·鲍威尔英国“发展研究核过程的照相方法,以及基于该方法的有关介子的研究发现”1951年约翰·道格拉斯·考克饶夫英国“他们在用人工加速原子产生原子核嬗变方面的开创性工作”欧内斯特·沃吞爱尔兰1952年费利克斯·布洛赫美国“发展出用于核磁精密测量的新方法,并凭此所得的研究成果"爱德华·珀塞尔美国1953年弗里茨·塞尔尼克荷兰“他对相衬法的证实,特别是发明相衬显微镜”1954年马克斯·玻恩英国“在量子力学领域的基础研究,特别是他对波函数的统计解释"瓦尔特·博特德国“符合法,以及以此方法所获得的研究成果"1955年威利斯·尤金·兰姆美国“他的有关氢光谱的精细结构的研究成果”波利卡普·库施美国“精确地测定出电子磁矩”1956年威廉·布拉德福德·肖克利美国“他们对半导体的研究和发现晶体管效应”约翰·巴丁美国沃尔特·豪泽·布喇顿美国1957年杨振宁中国“他们对所谓的宇称不守恒定律的敏锐地研究,该定律导致了有关基本粒子的许多重大发现"李政道中国1958年帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫苏联“发现并解释切连科夫效应”伊利亚·弗兰克苏联伊戈尔·叶夫根耶维奇·塔姆苏联1959年埃米利奥·吉诺·塞格雷美国“发现反质子"欧文·张伯伦美国1960年唐纳德·阿瑟·格拉泽美国“发明气泡室”1961年罗伯特·霍夫施塔特美国“关于对原子核中的电子散射的先驱性研究,并由此得到的关于核子结构的研究发现”鲁道夫·路德维希·穆斯堡尔德国“他的有关γ射线共振吸收现象的研究以及与这个以他命名的效应相关的研究发现”1962年列夫·达维多维奇·朗道苏联“关于凝聚态物质的开创性理论,特别是液氦"1963年耶诺·帕尔·维格纳美国“他对原子核和基本粒子理论的贡献,特别是对基础的对称性原理的发现和应用”玛丽亚·格佩特-梅耶美国“发现原子核的壳层结构"J·汉斯·D·延森德国1964年查尔斯·汤斯美国“在量子电子学领域的基础研究成果,该成果导致了基于激微波-激光原理建造的振荡器和放大器"尼古拉·根纳季耶维奇·巴索夫苏联亚历山大·普罗霍罗夫苏联1965年朝永振一郎日本“他们在量子电动力学方面的基础性工作,这些工作对粒子物理学产生深远影响”朱利安·施温格美国理查德·菲利普·费曼美国1966年阿尔弗雷德·卡斯特勒法国“发现和发展了研究原子中赫兹共振的光学方法”1967年汉斯·阿尔布雷希特·贝特美国“他对核反应理论的贡献,特别是关于恒星中能源的产生的研究发现”1968年路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨美国“他对粒子物理学的决定性贡献,特别是因他发展了氢气泡室技术和数据分析方法,从而发现了一大批共振态”1969年默里·盖尔曼美国“对基本粒子的分类及其相互作用的研究发现”1970年汉尼斯·奥洛夫·哥斯达·阿尔文瑞典“磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子体物理学富有成果的应用”路易·奈耳法国“关于反铁磁性和铁磁性的基础研究和发现以及在固体物理学方面的重要应用"1971年伽博·丹尼斯英国“发明并发展全息照相法”1972年约翰·巴丁美国“他们联合创立了超导微观理论,即常说的BCS理论”利昂·库珀美国约翰·罗伯特·施里弗美国1973年江崎玲于奈日本“发现半导体和超导体的隧道效应”伊瓦尔·贾埃弗挪威布赖恩·戴维·约瑟夫森英国“他理论上预测出通过隧道势垒的超电流的性质,特别是那些通常被称为约瑟夫森效应的现象”1974年马丁·赖尔英国“他们在射电天体物理学的开创性研究:赖尔的发明和观测,特别是合成孔径技术;休伊什在发现脉冲星方面的关键性角色”安东尼·休伊什英国1975年奥格·尼尔斯·玻尔丹麦“发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系发展了有关原子核结构的理论”本·罗伊·莫特森丹麦利奥·詹姆斯·雷恩沃特美国1976年伯顿·里克特美国“他们在发现新的重基本粒子方面的开创性工作”丁肇中美国1977年菲利普·沃伦·安德森美国“对磁性和无序体系电子结构的基础性理论研究”内维尔·莫特英国约翰·凡扶累克美国1978年彼得·列昂尼多维奇·卡皮查苏联“低温物理领域的基本发明和发现"阿尔诺·艾伦·彭齐亚斯美国“发现宇宙微波背景辐射”罗伯特·伍德罗·威尔逊美国1979年谢尔登·李·格拉肖美国“关于基本粒子间弱相互作用和电磁相互作用的统一理论的,包括对弱中性流的预言在内的贡献”阿卜杜勒·萨拉姆巴基斯坦史蒂文·温伯格美国1980年詹姆斯·沃森·克罗宁美国“发现中性K介子衰变时存在对称破坏"瓦尔·洛格斯登·菲奇美国1981年凯·西格巴恩瑞典“对开发高分辨率电子光谱仪的贡献”尼古拉斯·布隆伯根美国“对开发激光光谱仪的贡献”阿瑟·肖洛美国1982年肯尼斯·威尔逊美国“对与相转变有关的临界现象理论的贡献"1983年苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡美国“有关恒星结构及其演化的重要物理过程的理论研究”威廉·福勒美国“对宇宙中形成化学元素的核反应的理论和实验研究”1984年卡洛·鲁比亚意大利“对导致发现弱相互作用传递者,场粒子W和Z的大型项目的决定性贡献”西蒙·范德梅尔荷兰1985年克劳斯·冯·克利青德国“发现量子霍尔效应”1986年恩斯特·鲁斯卡德国“电子光学的基础工作和设计了第一台电子显微镜”格尔德·宾宁德国“研制扫描隧道显微镜”海因里希·罗雷尔瑞士1987年约翰内斯·贝德诺尔茨德国“在发现陶瓷材料的超导性方面的突破”卡尔·米勒瑞士1988年利昂·莱德曼美国“中微子束方式,以及通过发现梅尔文·施瓦茨美国子中微子证明了轻子的对偶结构”1989年诺曼·拉姆齐美国“发明分离振荡场方法及其在氢激微波和其他原子钟中的应用”汉斯·德默尔特美国“发展离子陷阱技术"沃尔夫冈·保罗德国1990年杰尔姆·弗里德曼美国“他们有关电子在质子和被绑定的中子上的深度非弹性散射的开创性研究,这些研究对粒子物理学的夸克模型的发展有必不可少的重要性"亨利·肯德尔美国理查·泰勒加拿大1991年皮埃尔-吉勒·德热纳法国“发现研究简单系统中有序现象的方法可以被推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中”1992年乔治·夏帕克法国“发明并发展了粒子探测器,特别是多丝正比室”1993年拉塞尔·赫尔斯美国“发现新一类脉冲星,该发现开发了研究引力的新的可能性"约瑟夫·泰勒美国1994年伯特伦·布罗克豪斯加拿大“对中子频谱学的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究"克利福德·沙尔美国“对中子衍射技术的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究”1995年马丁·佩尔美国“发现τ轻子”,以及对轻子物理学的开创性实验研究弗雷德里克·莱因斯美国“发现中微子,以及对轻子物理学的开创性实验研”1996年戴维·李美国“发现了在氦-3里的超流动性”道格拉斯·奥谢罗夫美国罗伯特·理查森美国1997年朱棣文美国“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”克洛德·科昂-唐努德日法国威廉·菲利普斯美国1998年罗伯特·劳夫林美国“发现一种带有分数带电激发的新的量子流体形式"霍斯特·施特默德国崔琦美国1999年杰拉德·特·胡夫特荷兰“阐明物理学中弱电相互作用的量子结构"马丁纽斯·韦尔特曼荷兰2000年若雷斯·阿尔费罗夫俄罗斯“发展了用于高速电子学和光电子学的半导体异质结构”赫伯特·克勒默德国杰克·基尔比美国“在发明集成电路中所做的贡献”2001年埃里克·康奈尔美国“在碱性原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态方面取得的成就,以及凝聚态物质属性质的早期基础性研究”卡尔·威曼美国沃尔夫冈·克特勒德国2002年雷蒙德·戴维斯美国“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,尤其是探测宇宙中微子"小柴昌俊日本里卡尔多·贾科尼美国“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,这些研究导致了宇宙X射线源的发现”2003年阿列克谢·阿布里科索夫俄罗斯“对超导体和超流体理论做出的先驱性贡献”维塔利·金兹堡俄罗斯安东尼·莱格特美国2004年戴维·格娄斯美国“发现强相互作用理论中的渐近自由”休·波利策美国弗朗克·韦尔切克美国2005年罗伊·格劳伯美国“对光学相干的量子理论的贡献”约翰·霍尔美国“对包括光频梳技术在内的,基于激光的精密光谱学发展做出的贡献,"特奥多尔·亨施德国2006年约翰·马瑟美国“发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性"乔治·斯穆特美国2007年艾尔伯·费尔法国“发现巨磁阻效应"彼得·格林贝格德国2008年小林诚日本“发现对称性破缺的来源,并预测了至少三大类夸克在自然界中的存在”益川敏英日本南部阳一郎美国“发现亚原子物理学的自发对称性破缺机制”2009年高锟英国“在光学通信领域光在纤维中传输方面的突破性成就"威拉德·博伊尔美国“发明半导体成像器件电荷耦合器件”乔治·史密斯美国2010年安德烈·海姆俄罗斯“在二维石墨烯材料的开创性实验”康斯坦丁·诺沃肖洛夫俄罗斯2011年布莱恩·施密特澳大利亚“透过观测遥距超新星而发现宇宙加速膨胀”亚当·里斯美国索尔·珀尔马特美国2012年塞尔日·阿罗什法国“能够量度和操控个体量子系统的突破性实验手法"大卫·维因兰德美国2013年彼得·W·希格斯英国对希格斯玻色子的预测[1][4-6]弗朗索瓦·恩格勒比利时2014年赤崎勇日本“发明一种新型高效节能光源,即蓝色发光二极管(LED)"天野浩日本中村修二美国2015年梶田隆章日本“通过中微子振荡发现中微子有质量。
1、1901年:伦琴(德国)发现X射线2、1902年:洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究3、1903年:贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)9、1909年:马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律10、1910年:范德瓦尔斯(荷兰)关于气态和液态方程的研究11、1911年:维恩(德国)发现热辐射定律12、1912年:达伦(瑞典)发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置13、1913年:昂内斯(荷兰)关于低温下物体性质的研究和制成液态氦14、1914年:劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象15、1915年:W·H·布拉格、W·L·布拉格(英国)用X射线对晶体结构的研究16、1916年:未颁奖17、1917年:巴克拉(英国)发现元素的次级X辐射特性18、1918年:普朗克(德国)对确立量子论作出巨大贡献19、1919年:斯塔克(德国)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象20、1920年:纪尧姆(瑞士)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性21、1921年:爱因斯坦(德国犹太人)他对数学物理学的成就,特别是光电效应定律的发现22、1922年:玻尔(丹麦犹太人)关于原子结构以及原子辐射的研究23、1923年:密立根(美国)关于基本电荷的研究以及验证光电效应24、1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线25、1925年:弗兰克·赫兹(德国)发现原子和电子的碰撞规律26、1926年:佩兰(法国)研究物质不连续结构和发现沉积平衡27、1927年:康普顿(美国)发现康普顿效应;威尔逊(英国)发明了云雾室,能显示出电子穿过空气的径迹28、1928年:理查森(英国)研究热离子现象,并提出理查森定律29、1929年:路易·维克多·德·布罗伊(法国)发现电子的波动性30、1930年:拉曼(印度)研究光散射并发现拉曼效应31、1931年:未颁奖32、1932年:海森堡(德国)在量子力学方面的贡献33、1933年:薛定谔(奥地利)创立波动力学理论;狄拉克(英国)提出狄拉克方程和空穴理论34、1934年:未颁奖35、1935年:詹姆斯·查德威克(英国)发现中子36、1936年:赫斯(奥地利)发现宇宙射线;安德森(美国)发现正电子37、1937年:戴维森(美国)、乔治·佩杰特·汤姆生(英国)发现晶体对电子的衍射现象38、1938年:费米(意大利犹太人)发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应39、1939年:劳伦斯(美国)发明回旋加速器,并获得人工放射性元素40、1940——1942年:未颁奖41、1943年:斯特恩(美国)开发分子束方法和测量质子磁矩42、1944年:拉比(美国)发明核磁共振法43、1945年:泡利(奥地利犹太人)发现泡利不相容原理44、1946年:布里奇曼(美国)发明获得强高压的装置,并在高压物理学领域作出发现45、1947年:阿普尔顿(英国)高层大气物理性质的研究,发现阿普顿层(电离层)46、1948年:布莱克特(英国)改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现47、1949年:汤川秀树(日本)提出核子的介子理论并预言∏介子的存在48、1950年:塞索·法兰克·鲍威尔(英国)发展研究核过程的照相方法,并发现π介子49、1951年:科克罗夫特(英国)、沃尔顿(爱尔兰)用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变50、1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法51、1953年:泽尔尼克(荷兰)发明相衬显微镜52、1954年:玻恩(英国犹太人)在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献;博特(德国)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线53、1955年:拉姆(美国)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构;库什(美国)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论54、1956年:布拉顿、巴丁(犹太人)、肖克利(美国)发明晶体管及对晶体管效应的研究55、1957年:李政道、杨振宁(中国)发现弱相互作用下宇称不守衡,从而导致有关基本粒子的重大发现56、1958年:切伦科夫、塔姆、弗兰克(苏联)发现并解释切伦科夫效应57、1959年:塞格雷、张伯伦(Owen Chamberlain)(美国)发现反质子58、1960年:格拉塞(美国犹太人)发现气泡室,取代了威尔逊的云雾室59、1961年:霍夫斯塔特(美国)关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构;穆斯堡尔(德国)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应60、1962年:达维多维奇·朗道(苏联)关于凝聚态物质,特别是液氦的开创性理论61、1963年:维格纳(美国)发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理;梅耶夫人(美国人.犹太人)、延森(德国)发现原子核的壳层结构62、1964年:汤斯(美国)在量子电子学领域的基础研究成果,为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础;巴索夫、普罗霍罗夫(苏联)发明微波激射器63、1965年:朝永振一郎(日本)、施温格、费尔曼(美国)在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果64、1966年:卡斯特勒(法国)发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法65、1967年:贝蒂(美国)核反应理论方面的贡献,特别是关于恒星能源的发现66、1968年:阿尔瓦雷斯(美国)发展氢气泡室技术和数据分析,发现大量共振态67、1969年:盖尔曼(美国)对基本粒子的分类及其相互作用的发现68、1970年:阿尔文(瑞典)磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子物理富有成果的应用;内尔(法国)关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现69、1971年:加博尔(英国)发明并发展全息照相法70、1972年:巴丁、库柏、施里弗(美国)创立BCS超导微观理论71、1973年:江崎玲于奈(日本)发现半导体隧道效应;贾埃弗(美国)发现超导体隧道效应;约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质,即约瑟夫森效应72、1974年:赖尔(英国)发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究;赫威斯(英国)发现脉冲星73、1975年:A·N·玻尔、莫特尔森(丹麦)、雷恩沃特(美国)发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系提出核结构理论74、1976年:丁肇中、里希特(美国)各自独立发现新的J/ψ基本粒子75、1977年:安德森、范弗莱克(美国)、莫特(英国)对磁性和无序体系电子结构的基础性研究76、1978年:卡皮察(苏联)低温物理领域的基本发明和发现;彭齐亚斯、R·W·威尔逊(美国)发现宇宙微波背景辐射77、1979年:格拉肖、温伯格(美国)、萨拉姆(巴基斯坦)关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献,并预言弱中性流的存在78、1980年:克罗宁、菲奇(美国)发现电荷共轭宇称不守恒79、1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪80、1982年:K·G·威尔逊(美国)提出重整群理论,阐明相变临界现象81、1983年:萨拉马尼安·强德拉塞卡(美国)提出强德拉塞卡极限,对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究;福勒(美国)对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究82、1984年:鲁比亚(意大利)证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在;范德梅尔(荷兰)发明粒子束的随机冷却法,使质子-反质子束对撞产生W和Z粒子的实验成为可能83、1985年:冯·克里津(德国犹太人)发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术84、1986年:鲁斯卡(德国)设计第一台透射电子显微镜;比尼格(德国)、罗雷尔(瑞士)设计第一台扫描隧道电子显微镜85、1987年:柏德诺兹(德国)、缪勒(瑞士)发现氧化物高温超导材料86、1988年:莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格(美国)产生第一个实验室创造的中微子束,并发现中微子,从而证明了轻子的对偶结构87、1989年:拉姆齐(美国)发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用;德默尔特(美国)、保尔(德国)发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术88、1990年:弗里德曼、肯德尔(美国)、理查·爱德华·泰勒(加拿大)通过实验首次证明夸克的存在89、1991年:热纳(法国)把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中90、1992年:夏帕克(法国)发明并发展用于高能物理学的多丝正比室91、1993年:赫尔斯、J·H·泰勒(美国)发现脉冲双星,由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在92、1994年:布罗克豪斯(加拿大)、沙尔(美国)在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术93、1995年:佩尔(美国)发现τ轻子;莱因斯(美国)发现中微子94、1996年:D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森(美国)发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素95、1997年:朱棣文、W·D·菲利普斯(美国)、科昂·塔努吉(法国)发明用激光冷却和捕获原子的方法96、1998年:劳克林、斯特默、崔琦(美国)发现并研究电子的分数量子霍尔效应97、1999年:H·霍夫特、韦尔特曼(荷兰)阐明弱电相互作用的量子结构98、2000年:阿尔费罗夫(俄国)、克罗默(德国)提出异层结构理论,并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管;杰克·基尔比(美国)发明集成电路99、2001年:克特勒(德国)、康奈尔、维曼(美国)在“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就100、2002年:雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼(美国)、小柴昌俊(日本)“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面的成就。
1994年诺贝尔物理学奖--中子谱学和中子衍射技术布罗克豪斯 沙尔1994年诺贝尔物理学奖一半授予加拿大安大略省(Ontario)翰密尔顿(Hamilton)马克马斯特大学的布洛克豪斯(Bertram NivilleBrockhouse,1918-- ),以表彰他发展了中子衍射技术。
大约四五十年前,这两位诺贝尔物理学奖获得者分别在加拿大和美国的核反应堆工作。
从那个时代起,他们独立的致力于中子散射技术的开发,并运用这一技术于凝聚态物理的研究,取得了重大成果,对凝聚态物理学的发展起了促进作用。
1995年诺贝尔物理学奖 --中微子和重轻子的发现佩尔 莱茵斯1995年诺贝尔物理学奖的一半授予美国加州斯坦福大学的佩尔(MartinL.Perl,1927-- ),奖励他发现了τ轻子 ,另一半授予美国加利福尼亚州欧文(Lrvine )加州大学的莱茵斯(Frederick Reines,1918-- ),奖励他检测到了中微子。
佩尔和莱因斯是对轻子物理学做出重大贡献的两位物理学家。
这是继鲍威尔(1950年发现T 介子),张伯伦与西格雷(1959年发现反质子),丁肇中与里克特(1976年发现J/ψ 粒子),鲁比亚和范德米尔(1984年发现W± ,Z o 粒),莱德曼、施瓦茨和斯坦博格(1988年发现 中微子有不同属性),夏怕克(1992年发明多斯正比室)等人之后,国际科学界又一次将诺贝尔物理学奖布罗克豪斯 沙尔佩尔 莱茵斯这一殊荣授予实验高能粒子物理学领域的科学家,人数占本世纪后半叶的总领将人数的12%。
从这一统计数字可以看出,50年代以来,实验高能粒子物理学的成就非常突出,是物理学家引以为豪的领域之一。
1996年诺贝尔物理学奖---发现氦-3中的超流动性戴维.李 奥谢罗夫 R.C.里查森1996年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州伊萨卡(Ithaca)康奈尔大学的戴维.李(David M.Lee,1931-- ),美国加利福尼亚州斯坦福大学的奥谢罗夫(Douglas D.Osheroff,1945-- )和R.C.里查森(Richard C.Richardson,1937-- ),以表彰他们发现了氦-3中的超流动性。
中子衍射的原理及应用1. 前言中子衍射是一种通过将中子束传播到晶体上并分析衍射图案来研究晶体结构的实验技术。
中子衍射具有许多独特的性质,使它成为研究材料结构和物态的强大工具。
本文将介绍中子衍射的原理和一些常见的应用。
2. 中子衍射的原理中子衍射的原理基于中子的波粒二象性。
与X射线衍射相比,中子衍射因中子与原子核之间的散射相互作用更显著,因此可以提供更多有关晶体结构的信息。
中子衍射实验通常使用中子散射仪器,其中包括中子源、样品、控制器和检测器。
中子源产生中子束,样品通过调整角度和温度进行定向。
当中子束通过晶体时,会与晶体中的原子发生散射,形成衍射图案。
检测器可以记录衍射图案,并通过分析来获得晶体的结构信息。
3. 中子衍射的应用3.1 晶体结构研究中子衍射技术被广泛应用于研究晶体的结构。
通过分析衍射图案,可以确定晶体内原子的排列方式和间距。
这对于理解材料的物理和化学性质非常重要。
3.2 蛋白质晶体学中子衍射在蛋白质晶体学中也有重要应用。
蛋白质晶体是研究生物大分子结构和功能的关键。
与X射线衍射相比,中子衍射可以提供更多关于氢原子位置的信息,这对于理解蛋白质的功能机制非常重要。
3.3 磁性材料研究中子衍射还可用于研究磁性材料的结构和性质。
中子对磁矩的散射非常敏感,可以提供关于磁性材料中磁矩分布的信息。
3.4 电池材料研究中子衍射技术在电池材料研究中也有广泛应用。
通过分析电池材料中的晶体结构,可以了解材料的离子扩散路径和充放电机制,从而改进电池性能。
3.5 金属材料研究中子衍射还被用于研究金属材料的结构和相变。
中子衍射可以提供关于金属晶体的晶格参数、应变和相变过程等重要信息。
4. 结论中子衍射是一种强大的研究材料结构和物态的技术。
它的原理基于中子的波粒二象性,通过分析中子在晶体中的衍射图案来了解晶体的结构信息。
中子衍射已在许多领域得到应用,包括晶体结构研究、蛋白质晶体学、磁性材料研究、电池材料研究和金属材料研究等。
1994年诺贝尔物理学奖——中子谱学和中子衍射技术
1994年诺贝尔物理学奖一半授予加拿大安大略省(Ontario)翰密尔顿(Hamilton)马克马斯特尔大学的布罗克豪斯(Bertram NivilleBrockhouse,1918—),以表彰他发展了中子谱学,另一半授予美国马萨诸塞州坎伯利基麻省理工学院的沙尔(Clifford Glenwood Shull,1915—),以表彰他发展了中子衍射技术。
大约四五十年前,这两位诺贝尔物理学奖获得者分别在加拿大和美国的核反应堆工作。
从那个时代起,他们独立地致力于中子散射技术的开发,并运用这一技术于凝聚态物理的研究,取得了重大成果,对凝聚态物理学的发展起了促进作用。
瑞典皇家科学院在通报中说,他们的贡献在于:“沙尔帮助解答了原子在哪里的问题,而布罗克豪斯帮助解答了原子在做什么的问题。
”
中子发现于1932年,这个时候德布罗意物质波假设已经得到电子衍射和分子衍射的验证。
人们预见到,并且也实际观测到了中子的衍射现象。
但是由于当时中子源太弱,得到的中子束能量不均匀,难以找到具体应用。
直到40年代,当核反应堆建立以后,才有可能利用中子衍射效应探索物质内部的结构。
从核反应堆发出的中子经过减速(慢化)以后,其能量与热平衡的分子原子及晶格相当,所以这种慢中子又称为热中子。
热中子的德布罗意波长约为0.1nm,和X射线的波长一样,正好与晶格间距同数量级,因此如果将这样的中子束打到物质靶上,一定会像X射线那样发生衍射现象。
然而中子衍射和X射线衍射虽然相似,本质上却并不一样,X射线衍射是X 射线的能量子与原子中的电子相互作用的结果,而中子衍射则是中子与原子核相互作用的结果,所以中子衍射可以观测到X射线衍射观测不到的物质内部结构,特别有利的是中子衍射可以确定原子,特别是氢原子,在晶体中的位置和分辨周期表中邻近的各种元素。
中子散射比中子衍射含义更广,泛指中子与物质的相互作用后中子向四面八方散射的各种效应。
中子不带电而具有磁矩,对磁性有特殊的灵敏度,因此中子磁散射对分析物质的磁特性具有突出的意义,是X射线衍射无法取代的。
热中子非弹性散射在凝聚态物理的研究中起着十分重要的作用。
一束能量为E,动量为P的中子,打到样品上发生散射,能量变为E0,动量变为P0,则
上两式中hω/2π代表晶格振动能量,也可解释为由于中子的撞击,晶格被激发而产生的声子能量。
2πτ为晶格吸收的动量,Q为动量转移矢量,q则为声子的动量。
声子的能量也可表成色散关系:ω=ωi(q)。
也就是说,对于非弹性散射,中子的动量与能量不再守恒,或者说,
所以只要测出碰撞后中子能量的角度分布,就可以得到有关晶体结构和运动(动力学)的信息。
物质的特性可以分为两个方面,一是静态特注,指的是构成该物质的分子原子在晶格中的位置,也就是通常指的原子结构和分子结构,以及磁矩的取向和结构的不均匀度等;另一方面是动态特性,指的是构成该物质的分子原子在各种运动中的能量与动量的传递和转换关系。
大家知道,对于凝聚态物质来说,原子间距大约为0.1nm~1nm,分子、原子和晶格的平均热运动能量以及由于晶格振动产生的声子能量大概都是10-3eV~10-1eV的数量级。
要探测这两种特性,就必须有一种“探头”,其波长和能量与被探的对象同一数量级,慢中子的德布罗意波长与能量正好符合这一要求,而且中子不带电荷却又具有磁矩,质量接近质子,可以通过筛选单色化等等特点,所以物理学家很快就认识到,慢中子束是最理想的天然探头。
布罗克豪斯曾经幽默地说过:中子束的特性已经好得不能再好了。
如果中子不存在,一定会有人把它发明出来。
从40年代—50年代开始,以热中子非弹性散射为中心的慢中子谱学得到了飞速发展,三轴谱仪的发明为慢中子谱学提供了重要的武器。
下面用一张图(图94-1)来说明中子散射如何用于研究物质结构和动态特性。
中子束从反应堆发出,图的左侧表示探测物质结构的中子衍射仪(右)用于研究物质动态特性的三轴谱仪方法,中子束先经一块晶体反射。
由于晶体中的原子严格排列成规则的点阵,沿某一方向反射的中子将具有确定的波长,波长可根据布拉格公式确定。
将晶体置于适当的角度,就可从中子束中选出某一特定的波长,这就叫单色化。
这些“单色化了的”中子辐照到待研究的样品,由于中子是电中性的,它们具有极强的穿透力,所以可以探索整个样品。
大多数中子离开样品时不改变能量(这就是所谓的弹性散射),并且集中在某些方面,形成了衍射花样。
用一旋转检测器对中子计数,就可以得到衍射花样,这一衍射花样反映了样品中原子的相对位置。
图的右侧表明三轴谱仪的原理,它实际上是在中子衍射仪的基础上加了一道晶体能量分析器。
所谓三轴,指的是单色晶体、样品和能量分析器三者都有各自的轴可以自由转动。
从反应堆出来的中子首先被晶体单色化,晶体可沿轴(1)旋转。
样品可沿轴(2)旋转,当中子穿过样品时,如果激发样品中原子的振荡,也就是说,如果中子在样品中激发声子,中子自己就要损失能量(非弹性散射)。
当中子离开样品时,其能量可由一晶体进行分析,这块晶体又可沿第三个轴(3)旋转,最后由检测器计数。
用这类仪器——三轴谱仪——就可以研究物质或晶体的运动,也就是研究它们的动态特性。
三轴谱仪可以沿hω-Q空间的任何方向扫描。
通常是让动量转移矢量Q保持常值,对能量进行扫描。
这就叫“等Q”法。
早期的三轴谱仪采用枪筒转塔作为仪器的主臂,现在已改为在样品台和分析器下安装气垫。
各部件按预设的程序沿着各自的轴自动调节,自动采集数据再送入计算机处理,作出色散曲线,从而提供样品的动态信息。
三轴谱仪的应用是如此广泛,已经成为研究凝聚态物理的基本工具,几乎大多数从事凝聚态物理研究的中子束反应堆实验室都拥有这一设备。
布罗克豪斯和沙尔用他们开发的中子散射技术,使原子结构和动态特性的研究成为可能。
通过这些研究得到了有价值的信息,用在诸如新材料的开发。
一个
重要实例就是现在正在大力研究的陶瓷超导体,尽管还未发展成为商业应用。
沙尔是美国麻省理工学院物理系退休教授,1915年生于匹兹堡,1937年在考内几(Cornegie)技术学院毕业,1941年在纽约大学获博士学位,研究的课题是核物理。
1937年—1941年任纽约大学助教,1941年—1946年任德萨斯(Texas)公司研究员,1946年任美国橡树岭(Oak Lidge)国立实验室研究员,总研究员,从1955年起任麻省理工学院教授,直到1986年退休。
第二次世界大战期间科学研究的副产品之一就是从核反应堆中得到比较强的慢中子束。
美国阿贡(Arrgone)和橡树岭国家实验室从1946年起就都致力于将慢中子辐射用于研究凝聚态,特别是固体的原子结构。
在橡树岭国家实验室,已故的沃伦(E.O.Wollan)组织过一个研究小组,试验开发中子束和结构测量装置的可能性。
沙尔很早就与这个小组有了联系,不久就成了这一小组的重要成员。
在别的地方也有类似的工作,但还是沃伦-沙尔小组以及后来沙尔在其他研究者合作之下取得了最有意义的进展。
沙尔对简单晶体的研究为近代中子晶体学者分析极其复杂的结构奠定了基础。
在这些研究中,最有意义的是,用中子衍射技术可以显示氢原子在晶体中的位置。
这样就可以更全面地了解许多有机和无机物质的晶体结构。
在核散射的研究之后,沙尔根据1939年哈尔帕(O.Halpern)与约翰逊(M.Johnson)的预言,研究了顺磁散射。
他们曾预言,既然中子有磁矩,中子磁矩与顺磁物质中的原子磁矩相互作用,就可以引起散射。
结果,沙尔在一种物质MnO中发现了顺磁散射。
不过,在室温的情况下研究这一散射表明有短程有序性(short-range order),这立即提醒沙尔,在更低的温度下应该会出现更大的。