拉曼光譜學與低維納米半導體

內(nèi)容概要

本書共分上、下兩篇：上篇主要敘述拉曼光譜學的理論和實驗基礎(chǔ)，從廣義散射的高度，介紹了拉曼光譜的理論，從實驗工作需要的角度，相當具體地介紹了有關(guān)拉曼光譜實驗的內(nèi)容。下篇在理論上探討了低維納米半導體拉曼譜的基本特征后，以激發(fā)光特性以及低維納米體系的尺寸、形狀和材料極性對拉曼光譜的影響為綱，較全面地總結(jié)和介紹了低維納米半導體的拉曼光譜學。本書附錄收集和整理了理論和實驗方面的一些較深入和具體的內(nèi)容。    本書可供從事拉曼光譜學實驗和技術(shù)應(yīng)用的科技人員閱讀。

書籍目錄

序前言上篇  拉曼光譜學基礎(chǔ)  第1章  拉曼光譜學的一般知識    1.1  散射、光散射和拉曼散射      1.1.1  散射與光散射      1.1.2  光散射與拉曼散射    1.2  光譜、散射光譜與拉曼光譜      1.2.1  光譜與散射光譜      1.2.2  拉曼散射與拉曼光譜    1.3  拉曼散射效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和拉曼光譜學的發(fā)展      1.3.1  拉曼散射效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)      1.3.2  拉曼光譜學的發(fā)展      1.3.3  激光拉曼光譜學    1.4  拉曼光譜應(yīng)用概述      1.4.1  拉曼光譜應(yīng)用的常規(guī)化      1.4.2  拉曼光譜應(yīng)用的基礎(chǔ)      1.4.3  振動拉曼光譜應(yīng)用簡介    參考文獻  第2章  光散射的理論基礎(chǔ)    2.1  散射概率      2.1.1  散射實驗與散射概率      2.1.2  散射截面和微分散射截面      2.1.3  散射截面的經(jīng)典物理和量子物理表述    2.2  光散射的宏觀理論      2.2.1  電偶極輻射和感生電偶極矩      2.2.2  孤立原子的光散射      2.2.3  分子的光散射      2.2.4  經(jīng)典光散射理論對光散射機制和基本特征的描述    2.3  光散射的微觀理論      2.3.1  微分散射截面與量子躍遷概率      2.3.2  量子躍遷概率與含時間微擾論      2.3.3  原子光散射的量子力學描述      2.3.4  分子光散射的量子力學理論      2.3.5  光散射的量子力學詮釋    參考文獻  第3章  拉曼光譜的實驗基礎(chǔ)    3.1  實驗的基礎(chǔ)知識      3.1.1  拉曼光譜實驗的內(nèi)容和拉曼光譜的分類      3.1.2  拉曼光譜實驗條件和實驗結(jié)果的標示      3.1.3  與實驗條件相關(guān)的拉曼光譜特性      3.1.4  振動拉曼光譜實例——CCl4的拉曼光譜      3.1.5  拉曼光譜實驗的技術(shù)關(guān)鍵    3.2  光柵色散型拉曼光譜儀      3.2.1  拉曼光譜儀的基本結(jié)構(gòu)及其技術(shù)進步歷程      3.2.2  激發(fā)光源——激光器      3.2.3  樣品光路      3.2.4  分光光路      3.2.5  光探測器和光譜讀取      3.2.6  光柵拉曼光譜儀的整體結(jié)構(gòu)      3.2.7  共焦拉曼光譜儀      3.2.8  近場拉曼光譜儀    3.3  拉曼光譜測量技術(shù)      3.3.1  光譜儀的安全放置和進行調(diào)整的條件      3.3.2  光譜儀光路的調(diào)整      3.3.3  顯微拉曼光譜儀的光路調(diào)整      3.3.4  光譜的特性和光譜的分辨      3.3.5  光譜儀性能的描述      3.3.6  商品光譜儀的性能參數(shù)      3.3.7  光譜儀運轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇      3.3.8  光譜儀透光率的色散及其影響的消除      3.3.9  譜儀的日常維護    3.4  干涉型光譜儀      3.4.1  傅里葉變換(FT)光譜儀      3.4.2  法布里-珀羅干涉儀      3.4.3  光譜儀與傅里葉變換光學    3.5  實驗拉曼光譜的數(shù)據(jù)處理      3.5.1  原始光譜的成分及其光譜特征      3.5.2  噪聲譜的消除和減少    3.5.3  光譜參數(shù)的獲取    參考文獻  第4章  固體拉曼散射的理論基礎(chǔ)    4.1  品格動力學的基礎(chǔ)知識      4.1.1  運動方程的簡化與品格動力學      4.1.2  經(jīng)典力學理論——格波      4.1.3  一維雙原子線性鏈的品格振動      4.1.4  量子力學理論——聲子      4.1.5  電子-聲子相互作用    4.2  品格動力學的微觀模型      4.2.1  三維晶體的經(jīng)典品格動力學      4.2.2  力常數(shù)模型(force constant model)      4.2.3  殼模型(shell model)      4.2.4  鍵模型(bond model)      4.2.5  鍵電荷模型(bond charge model)      4.2.6  典型半導體聲子色散曲線的計算結(jié)果    4.3  品格動力學的宏觀模型      4.3.1  連續(xù)彈性模型      4.3.2  介電電連續(xù)模型——黃昆方程    4.4  非晶體的晶格動力學    4.5  固體的拉曼散射理論      4.5.1  概述      4.5.2  固體拉曼散射的量子力學描述      4.5.3  拉曼散射的介電漲落關(guān)聯(lián)模型      4.5.4  晶體和非晶的拉曼散射譜    參考文獻下篇  低維納米半導體的拉曼光譜學  第5章  低維納米體系拉曼散射的理論基礎(chǔ)和光譜特征    5.1  低維納米體系與小尺寸效應(yīng)      5.1.1  維度、尺寸與特征長度      5.1.2  低維體系與納米材料      5.1.3  小尺寸效應(yīng)      5.1.4  低維納米體系的科學研究    5.2  超品格半導體      5.2.1  非極性半導體薄板      5.2.2  離子晶體平板      5.2.3  半導體超品格    5.3  納米半導體      5.3.1  非極性半導體微晶粒      5.3.2  Si納米晶      5.3.3  極性晶粒粉狀半導體      5.3.4  碳納米管      5.3.5  量子阱線、量子線或納米線    5.4  關(guān)于微晶模型      5.4.1  原始的微晶模型      5.4.2  微晶模型的應(yīng)用      5.4.3  微品模型的有效性      5.4.4  微晶模型的合理性      5.4.5  微晶模型合理和有效性的檢驗    5.5  第一性原理計算      5.5.1  Si/Ge超品格品格動力學的從頭算      5.5.2  硅[111]納米線的色散關(guān)系    參考文獻  第6章  低維納米半導體的基礎(chǔ)拉曼光譜    6.1  半導體超品格的特征拉曼光譜      6.1.1  折疊聲學模      6.1.2  限制光學模      6.1.3  界面模    6.2  納米硅的特征拉曼光譜      6.2.1  多孔硅的特征拉曼譜      6.2.2  硅納米線的特征拉曼譜      6.2.3  納米硅拉曼譜特征的根源    6.3  納米碳的特征拉曼光譜      6.3.1  納米金剛石特征拉曼譜      6.3.2  富勒稀(Fullercne)的特征譜      6.3.3  碳納米管的特征拉曼譜    6.4  極性納米半導體的特征拉曼光譜      6.4.1  SiC納米棒的特征拉曼光譜      6.4.2  其他極性納米半導體的拉曼光譜    6.5  多聲子拉曼譜      6.5.1  超品格多聲子拉曼譜      6.5.2  納米半導體的多聲子拉曼譜    6.6  反斯托克斯拉曼譜      6.6.1  碳納米管斯托克斯普適特征的“反?！?     6.6.2  碳納米管斯托克斯普適特征的“反常”的根源    參考文獻  第7章  激發(fā)光特性與低維納米半導體拉曼光譜    7.1  激發(fā)光波長改變的拉曼譜      7.1.1  拉曼散射強度的共振增強      7.1.2  拉曼散射頻率的共振變化    7.2  入射激光偏振改變的拉曼譜      7.2.1  超品格的偏振拉曼譜      7.2.2  納米材料    7.3  入射激光強度改變的拉曼譜      7.3.1  激光強度和溫度      7.3.2  低強度(功率密度)激光輻照      7.3.3  高強度(功率密度)激光輻照    參考文獻  第8章  樣品尺寸、形狀、成分和結(jié)構(gòu)與低維納米半導體拉曼光譜    8.1  樣品尺寸對低維拉曼光譜的影響      8.1.1  尺寸對光譜頻率的影響      8.1.2  尺寸對偏振選擇定則的影響    8.2  樣品形狀對低維拉曼光譜的影響      8.2.1  超品格縱折疊聲學(LA)聲子      8.2.2  限制光學聲子    8.3  樣品成分和結(jié)構(gòu)對低維拉曼光譜的影響      8.3.1  組分的影響      8.3.2  雜質(zhì)的影響      8.3.3  結(jié)構(gòu)和缺陷的影響    參考文獻附錄  附錄Ⅰ  激光器和激光線  附錄Ⅱ  標準譜線  附錄Ⅲ  晶體的結(jié)合及其極性和對稱性結(jié)構(gòu)  附錄Ⅳ  態(tài)密度與聲子態(tài)密度  附錄Ⅴ  拉曼張量  附錄Ⅵ  波動方程的求解  附錄Ⅶ  關(guān)聯(lián)和關(guān)聯(lián)函數(shù)  附錄Ⅷ  第一性原理計算方法  附錄Ⅸ  普通晶體和典型半導體的布里淵區(qū)、振動模及其拉曼光譜  附錄Ⅹ  常用物理參數(shù)、常數(shù)和單位索引

章節(jié)摘錄

　　1.1.2 光散射與拉曼散射　　光散射是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常觀察到的現(xiàn)象。例如，當光通過均勻的透明純凈介質(zhì)或者穩(wěn)定的溶液(如玻璃、純水)時，用肉眼從側(cè)面看不到光的蹤跡；如果介質(zhì)不均勻或者分散其中的顆粒較大(如有懸浮顆粒的渾濁液體以及膠體)，我們便可以從側(cè)面清晰地看到在介質(zhì)中傳播的光束，這就是因為介質(zhì)存在光散射的緣故?！　?9世紀，對光散射的研究，以光被小粒子、分子引起的散射以及散射強度為重點，20世紀后，開始了比分子更小的“粒子99 9如化學鍵、準粒子、原子和自由電子等引起的光散射和散射能量的研究?！　?．小粒子或分子密度漲落引起的光散射及對其散射強度的研究　　1)小粒子和分子密度漲落的光散射　　19世紀，光散射研究所關(guān)注的對象以自然界廣泛存在的液體和氣體為主，并因具體散射根源的不同而分別稱作丁達爾(Tyndall)散射和分子散射。　　(1)丁達爾散射。指由膠體、乳濁液、含有煙霧的大氣等物質(zhì)中所含的尺度與入射波長相當或稍大的小粒子所產(chǎn)生的散射。l868年，丁達爾在研究白光被懸浮于液體中的粒子散射時，觀察到了散射光是藍色且是部分偏振的口1，因此，人們把這類散射稱為丁達爾散射?！　?2)分子散射。在十分純凈的液體和氣體內(nèi)，構(gòu)成液體和氣體分子的熱運動造成了分子密度的局部漲落，由這種尺度小于入射波長的分子的局部密度漲落引起的光散射就稱為分子散射。在臨界點時，出現(xiàn)所謂臨界乳光現(xiàn)象。該現(xiàn)象的出現(xiàn)是因為在臨界點時，分子熱運動十分激烈和密度漲落極大，從而引起了強烈光散射。

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