固体物理(第5课)晶体结构的实验确定.ppt

晶体结构的实验确定与 X和射线衍射 X射线衍射?劳厄提出晶体作为 X光衍射光栅?衍射理论: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 年伦琴发现了穿透性很强的射线称X射线. 劳厄斑点铅板单晶片照像底片单晶片的衍射 1912 年劳厄实验 1E 2E X 射线冷却水< P K nm) 10 ~ 04 .0(X射线的衍射 K 劳劳厄厄斑斑点点晶体可看作三维立体光栅掌握晶体点阵结构根据劳厄斑点的分布可算出晶面间距晶体晶体底底片片铅铅屏屏 X X射射线线管管劳厄斑德国物理学家劳厄 (1879-1960) 布拉格反射 d oC AB??入射波散射波 1913 年英国布喇格父子提出了一种解释X射线衍射的方法,给出了定量结果,并于 1915 年荣获物理学诺贝尔奖. ?掠射角 d 晶格常数相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件布喇格公式?,2,1,0?k ??kd? sin 2 CB AC Δ??? sin 2d?布喇格父子( , ) 用途测量射线的波长研究 X射线谱,进而研究原子结构;研究晶体的结构, DNA 晶体的成千张的 X射线衍射照片的分析,显示出DNA 晶体的 X衍射照片 DNA 分子的双螺旋结构布拉格公式?,2,1,0?k ??kd? sin 2 X 射线衍射的基本原理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距离都大于晶体的线度,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: ??nd? sin 2 n=1,2,3 …..称为衍射级数布拉格定律 S 0A BO P S点P:R l =l 1a 1 +l 2a 2 +l 3a 3,R l是布喇菲点阵中由原胞基矢 a 1,a 2, a 3构成的矢量, S 0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???)( 0 0 0 S-S RSRS -R OB A lll??????布拉格定律虽然简单,但物理模型太简单。在实际情况下,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有关。需要考虑更复杂的情况,如下图: 原子可向空间任何方向散射 X光线,只有一些固定方向可形成衍射。