晶格振动光谱学

《晶格振动光谱学》课程教学大纲

课程英文名称：Lattice Vibration Spectroscopy

课程编号：0332282002

课程计划学时：32

学分：2

课程简介：

本课程地阐述了晶格振动光谱学的基本理论、实验和研究进展.课程包括两大部分,第一部分为晶格动力学基础,主要包括晶体结构及其对称性、晶格动力学基础和晶格振动的对称性等内容,第二部分为晶格振动光谱,主要包括晶格振动的电磁理论和量子理论、晶格振动的布里渊谱、拉曼光谱、红外反射光谱、二级红外吸收光谱和拉曼光谱等内容.本书介绍了晶格振动光谱研究方面的新进展,并吸收及其插入化合物、单管壁碳纳米管拉曼光谱等方面的研究成果,有利于学生了解、分析物质结构，是材料物理学生必修的一门课程。

本课程的授课对象为数理系材料物理专业的学生。

一、课程教学内容及教学基本要求

第一章晶格动力学基础（2学时）

本章重点：热力学行为的简单近似处理；双原子链的振动；晶格振动的频谱和比热；光学支的长波晶格振动；长波光学振动和红外色散的原子理论；离子晶体红外色散的实验研究。

本章难点：晶格振动的频谱和比热；光学支的长波晶格振动；红外色散及晶格振动的推迟效应；长波光学振动和红外色散的原子理论；离子晶体红外色散的实验研究。

第一节热力学行为的简单近似处理

本节要求掌握热力学行为的简单近似处理，掌握长波光学振动和红外色散的原子理论，以及红外色散及晶格振动的推迟效应。了解晶格的基本振动形式。本节建议采用的主要教学形式（讲授、习题）。

第二节双原子链的振动

本节要求掌握热双原子链的振动基本形式(考核概率10%)。

第三节晶格振动的频谱和比热

本节要求掌握晶格振动的频谱和比热(考核概率10%)。

第四节光学支的长波晶格振动

本节要求掌握光学支的长波晶格振动(考核概率10%)。

第五节红外色散及晶格振动的推迟效应

本节要求掌握红外色散及晶格振动的推迟效应(考核概率10%)。

第六节长波光学振动和红外色散的原子理论

本节要求掌握长波光学振动和红外色散的原子理论(考核概率10%)。

本章作业：了解晶格的基本振动形式

本章作业要求达到的目的：掌握热力学行为的简单近似处理，掌握长波光学振动和红外色散的原子理论，以及红外色散及晶格振动的推迟效应。了解晶格的基本振动形式。

第二章晶格振动的对称性（2学时）

本章重点：一维晶格振动的动力学基础；晶格振动的量子化和声子；长波近似与黄昆方程；晶格振动谱的对称性和晶格振动的模式密度；无序系统中的原子振动。

本章难点：一维晶格振动的动力学基础；晶格振动的量子化和声子；长波近似与黄昆方程；晶格振动谱的对称性和晶格振动的模式密度；无序系统中的原子振动

第一节一维晶格振动的动力学基础

本节要求了解一维晶格振动的动力学基础(考核概率10%)。

第二节晶格振动的量子化和声子

本节要求了解晶格振动的量子化和声子(考核概率10%)。

第三节长波近似与黄昆方程

本节要求了解长波近似与黄昆方程(考核概率10%)。

第四节晶格振动谱的对称性和晶格振动的模式密度

本节要求了解晶格振动谱的对称性和晶格振动的模式密度(考核概率10%)。

第五节无序系统中的原子振动

本节要求了解无序系统中的原子振动(考核概率10%)。

第三章电磁辐射与晶体相互作用的电磁理论（4学时）本章重点：电磁辐射与晶体相互作用的电磁理论(考核概率15%)。

第四章电磁辐射与晶体相互作用的量子理论（4学时）本章重点：电磁辐射与晶体相互作用的量子理论(考核概率15%)。

第五章与对称性有关的基本晶格振动模的选择定则（ 2学时）本章重点：与对称性有关的基本晶格振动模的选择定则(考核概率15%)。

第六章晶格振动的布里渊散射（ 6学时）

第一节布里渊散射的宏观电磁理论解释

由布里渊散射实验可测出散射峰的频移，线宽及强度。由频移可直接算出声速，这是和用超声技术测量声速互补的方法，其特点是可测高频声学声子和高衰减的情况，试样比超声测量用的小得多。由声速可以算出弹性常数，由声速的变化可以得到关于声速的各向异性，弛豫过程和相变的信息。由线宽（需用高分辨装置）可以研究声衰减过程，这与非简谐性和结构弛豫等有关。根据强度的测量可以研究声子和电子态的耦合等(考核概率30%)。

第二节金属材料中的布里渊散射

本章重点：磁性材料膜中的布里潘光散射；单层磁性膜的布里渊光散射；双层磁性膜的布里潘散(考核概率30%)。

第七章晶格振动的拉曼光谱（ 6学时）

第一节非极性晶格振动模的拉曼散射

本章重点：非极性晶格振动模的拉曼散射(考核概率30%)。

第二节极性晶格振动模的拉曼散射

本章重点：极性晶格振动模的拉曼散射(考核概率30%)。

第八章晶格振动的红外反射光谱（ 6学时）

本章重点：晶格振动的红外反射光谱(考核概率30%)

课程考核形式：

平时考核20分（其中作业、出勤各10分），期末考试80分。

课程考核知识点分布：

1 按学时分配划分

学时：总学时=考核概率

2 按层次要求划分

“了解” (考核概率15%)，“理解” (考核概率25%)，“掌握” (考核概率60%) 二、教学内容学时分配一览表

三、大纲附录

1、建议教材：

《晶格振动光谱学》（第二版），高等教育出版社，张光寅等主编。

2、参考书目：

《大学物理学》（修订版），上海交通大学出版社，2006，高景主编。

《固体物理学》，高等教育出版社，黄昆主编。

《固体光谱学》，中国科技大学出版社，方容川编著。

《喇曼光谱学》，D.A.朗著，科学出版社。