固体物理实验方法  021M2017H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:谷林,郭沁林,潘明祥,麦振洪,潘庶亨,刘玉龙
授课时间: 星期四, 第5、6节
授课地点: 教1-207
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期二, 第5、6节
授课地点: 教1-207
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期二, 第5、6节
授课地点: 教1-207
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期四, 第5、6节
授课地点: 教1-207
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 021M2017H 课时: 50 学分: 3.0
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:谷林,郭沁林,潘明祥,麦振洪,潘庶亨,刘玉龙
英文名称: Experimental Methods of Solid State Physics

教学目的、要求

本课程为凝聚态物理学专业及其相关专业的同学们在掌握固体物理的基础上,要求学生掌握若干固体物理实验方法的基本原理,设备的基本结构,分析方法及其应用领域,为研究生进入论文阶段提供必要的实验技术基础。
要求: 通过本课程的教授,让研究生了解固体物理学研究的对象种类,及其研究内容丰富多彩(如晶体结构、晶格动力学、电子态及运动,各种元激发,杂质与缺陷,各种物理性质(力、热、声、光、电和磁学性质)及其耦合等,此外还有体特征和表面和界面性质等。了解实验测量上述基本物理性质可用的科学仪器,及其这些科学仪器基本原理和使用方法。 

预修课程

固体物理

教 材

各位主讲老师结合各实验技术的实践来讲解,无指定教材。

主要内容

第一章	电子显微方法探索原子尺度结构与电子结构(8学时)
介绍透射电子显微术的基本理论、应用及最新进展,尤其是球差校正透射电子显微在原子尺度晶体结构和电子结构表征中的重要应用。内容涉及电子散射理论及相关电镜成像技术;弹性散射和非弹性散射;重点介绍球差校正器带来的分辨率革命,结合球差电镜对半导体、超导材料、多铁性材料等强关联体系在原子尺度下原子结构和电子结构研究中独特作用和不可替代的原因。第一讲,介绍电镜发展50年,球差校正相关概念,并举例说明原子分辨成像在材料物理中的应用。第二讲,主要介绍球差电镜中环形明场像对Li等轻元素的成像,集中在电池材料研究中的应用。第三讲,介绍价电子能量损失谱,举例说明具体应用。第四讲,原位电子显微学,树立大电镜观。
第二章  扫描隧道显微镜及其应用(8学时)
主要介绍扫描隧道显微镜发展的历史、基本原理及应用范围。第一讲,量子隧道谱学的诞生,涉及STM原理及设备发展史。第二讲,低温扫描量子隧道显微镜,介绍低温下相关物理现象和保证高分辨的硬件设施。第三讲,低温扫描量子隧道显微谱学在非常规超导研究中的应用,铜基超导体和铁基超导体。第四讲,与扫描隧道显微镜相关的实验方法-扫描探针显微镜(SPM)及其它。
第三章  电子能谱原理与应用(8学时)
介绍X射线光电子能谱仪(XPS), 俄歇电子能谱仪(AES)及紫外光电子能谱仪(UPS)的基本工作原理,谱仪结构、能谱特征,分析方法及在固体材料分析中的实际应用。第一讲,电子能谱总论。第二讲,XPS原理及设备构造。第三讲,AES的物理原理、设备构造及数据分析。第四讲,UPS与XPS的比较和注意事项。
第四章  固体X射线学及其应用(8学时)
介绍应用X射线衍射和散射技术表征固体微结构的多种基本实验装置及实验数据所用分析理论以及典型的固体微结构表征实例。内容涉及各类薄膜包括单层膜和多层膜厚度、点阵参数、应力、表面与界面、缺陷、弛豫以及横向调制结构。第一讲,薄膜结构完美性表征的重要性和薄膜制备方法。第二讲,表征薄膜结构X射线技术,发展史,高分辨X射线衍射,掠入射衍射,X射线漫散射。第三讲和第四讲介绍应用实例,涉及薄膜厚度、成份、晶格参数,量子阱结构、多量子阱结构结构,薄膜面内结构,绝缘氧化物界面微结构分析,应变的深度分布,位错密度估计,量子线结构,量子点结构,外延膜中的缺陷和X射线反射形貌术等。
第五章  热分析方法及其在固体物理研究中的应用(8学时)
主要介绍热分析技术发展的历史及应用范围;着重教授热分析方法及物理基础,主要包括热重、热机械、量热和比热容这些方法的基本原理及最近的新技术;及其应用举例,主要包括相变温度及过程、焓变等测量,比热与比热容、玻璃转变及相变动力学与物理力学性质。第一讲,热分析技术发展史及物理基础,常用术语,基本原理,热重分析。第二讲,差热分析与差示扫描量热法,比热容的卡计测量,最新技术及其联用。第三讲,热种分析应用举例,常用基本分析方法和实验中应注意的问题。第四讲,商用热分析仪简介和作业题。 
第六章  喇曼光谱及应用(8学时)
介绍拉曼散射的基本原理及其拉曼峰的识别与判断,教授拉曼散射光谱的实验技术及其拉曼联用新技术。初步学会根据拉曼散射光谱来确定固体(分子)结构及其简正振动类型。第一讲,光散射的唯像描述与原理。第二讲,非弹性散射的基本特点。第三讲,拉曼散射谱仪基本构造与进展。第四讲,拉曼光谱学在科研中的应用。

教学手段与方法:
课堂讲授

考核方式:
期末课堂开卷 + 平时成绩



参考文献