高压原位布里渊散射测量技术的应用

氧 化 镁 的 声 速 各 向 异 性
图5 6.8GPa氧化镁的声速各向异性
经过对氧化镁进行高压布里渊散射以后,我 们认为改进后的原位高温高压布里渊散射系统 能够有效地满足测量要求,为进行下一步的高温 高压布里渊散射研究提供了一个良好的研究平 台。
应用二 液氩的高压原位布里渊散射研究
图6 压机准备实物图
其中??是入射光与散射光夹角的 一半
此时声速 ????可表示为：
高压装置
图1 DAC高压产生装置示意图
图2 金刚石对顶砧中最常用的布里渊散射几何装置示意图
应用一 氧化镁的高压原位布里渊散射研究
采用旋转金刚石压机的方法，测量了氧化 镁单晶在6.8GPa下的布里渊散射，得到氧化镁 在6.8GPa下的布里渊散射光谱图。
布里渊散射遵守能量守恒定律与动量守恒定律 ：
布
其中? 和q分别表示声子的频率和波矢,??和k分别表 示光子的频率和波矢, i s分别指入射光与散射光.
里
渊 光波频率X与波矢k的关系为:?? = ??Τ?? ??,其中C为光在真空中的速度，
散
n为晶体的折射率。
来自百度文库
射 声子速度????可表示为：
原 理
声波波矢 q可近似写为：
西南交
?周强等，激光加热原位高温高压拉曼、布里渊散射
研究[D],
吉林大学，2006：
图3 DAC中的氧化镁单晶
图4 氧化镁在6.8GPa下的布里渊散射光谱图
分析
我们采用旋转金刚石压机的方法,测量了MgO单晶在6.SGPa下、半 圆周内18 个均分点的布里渊散射。图4为氧化镁在6.SGPa下的布里渊 散射光谱图。图中可以明显分分辨出氧化镁的纵模支LA、横模支TA、 金刚石横模支D一TA以及传压介质氢的纵模支Ar,，谱图有较高的信噪 比。表l为6.SGPa下氧化镁<100>面上半圆周内布里渊频移、声速随角 度的变化关系。根据该表数据所得到的氧化镁在6.SGPa下半圆周内的 纵模支和横模支的声速各向异性如图5所示。从图中可以看出,两支声 学支的波速随角度的各向异性曲线基本上呈正弦趋势,实验数据与文 献吻合。
图7 压砧实物照片
液氩的布里渊散射光谱随压力的变化
此图是利用原位高 温高压布里渊散射 系统，采用 散
射几何配置所测得 的液氩在14.58GPa
下的布里渊散射光 谱图
测量结果
液氩在14.58GPa熔融状态下的布里渊频移为：
由平板样品的布里渊散射声速与频移关系： 计算得出氩在14.58GPa熔融状态下的体声速 和折射率分别为5.19km/s。
实验 原理
实验 装置
测量技术 的应用
布里渊散射是一种非弹性光散射，它是由于入射光受到声学波 作用的结果。作为一种纯光学的测量手段，布里渊散射与金刚石压 机高压技术很好地结合在一起。布里渊散射可以对非常小的样品 （几十微米）进行测量，并且不需要将样品与探测仪器相接触，可 以利用金刚石对顶砧来进行超高压的研究。
结论
由此我们结合激光加热技术、金刚石对 顶砧高压技术、高温高压原位布里渊散射系 统,利用磁控溅射镀膜技术和光刻技术,首次 获得了氢在14.58GPa熔融状态下布里渊光谱 和体声速。
参考文献
?李芳菲等，发展中的高温高压布里渊散射系统，吉林 大学学报，2007，10（4）：643-646.
?贾茹等，氩的高温高压布里渊散射研究[D], 通大学，2008:16-48.