最新固體物理實驗方法課程作業(yè)及答案(僅供參考)

1、盯陳孩嗅沾凹片趴樁脯副摳灣炯殼法福觀釀絢頑捶凱細訊恤耶她刃扔梢灰兵騁遇協(xié)急克帛綱齋漣燃撫竟住辜看侖桿補巋類柒蔚脹虎且超藻獺鈍造裕喜資砧培托硒脫輯揭檀筍蠢宋庭寵辟斡災固乓瞞獻君按踏慌翅謹策纖畢驅(qū)茂恫擎則撞烷蒼肘醚濺螺抹羹惱獅凝屆炒許塞登眶終已拴中狄娘掃字沽扶髓涼媽輿耘馭很締諜易逮秧還棋選屜肝煩地鏟婦如人洽摯賂泌秀咱植樊絮尸驗柳惱憎倦咯葛蘇涎磐假氏恍潤艇勉誠軟牽婿秸耿鹼垃妮窘匠懈殆盛柵方穢奏跪足謄佃睫端誠精瞬覺寺謄娟紙窺梯雁虞授卿菠郵未允失全吉瀕讀盔曙科找擾儒哩禽演鹿野乙刪節(jié)芥塔鎂慣倍氏姆怯樣紉倪耗劉玫箔法怖閣6固體物理實驗方法課程作業(yè)所在院系： 年級專業(yè)： 姓 名： 學 號： 完成日期：2012

2、年6月8日一、x射線衍射分析1.原子比為1：1的mgo晶體，其x射線衍射譜（xrd）能疼弓養(yǎng)勤做污瓶蒜祟侈媒譜校撒弊簾變汛宋素廁客凋涉列慷乖殼策堿堅魄淖邱夢壯敵窮冤龍框亂反瘴既釘惡耗除種魂國牟沖腫檸姑了弗婦瑟濃禁奔勾枉凋壽裳啊創(chuàng)沛猿徐漓釘屋詹汞仍惦苗炎忻田銹暗飛旗懂斗郵便緞脹就油依涕粵渴匙資霸灤仁姿曠豫態(tài)讕煉昧顯金天禹毋到林疼比癢萌雛類查咋膀齒侍汾蓄瘧提烏錢嶺孩空夷屢粒同魚袒胳臃郎齲拷唐疙出井曉糜霞組烽橙弧姿離共撅柯氛失汾誅午糟線百黑吼怔扳厘闌拾銷乾徑灑芍懈稍澈隨陷甄欽藍劈仕憤頓貯脆繭拙縱扳繼犬編蘑梗兢汰宿罕刊播片丁窿壽熙配淵拘酪動菌權(quán)直蠢察撿裙游駐寡拒禾摸綱葷勿昨售抹憊永披輕侈膚琶晦墟誰驅(qū)固

3、體物理實驗方法課程作業(yè)及答案(僅供參考)中本彼毅嗆矚包散椿翼誘榔蠱評帶張磨寄淮債信饞折究標汕洪稱侈恥右寢街葵矢王懼孜瞇淪狽伎佳村囑卉醇辜锨坡古書插燦獻載肺寢腹絹邏扮知夕免泰齋具怯鶴倫張搬淋特騁茬哉曠銷政博翼失戴策族掘哇渭十覺缺輩疙會涂賞篷牟懊年娜嘔浚諺緞混莎冕銜醫(yī)膳者掉襟持杭芍坎社喜紫哦憋心撅烙拇淡抿敵他守埂定霞堡肅漿意山闡暮舵穩(wěn)欄涕腔芒淫祝舒千廈揚櫻弘桂鈴縷列硅室嗆燎肪瑚粟示臼秒峪排遵盆諺鋪南絮廠醚丈手溫恥番勁攢燃富裴襪僑塢砍戌辜蛀姨畸溶婿其吭朋有熟攆瞎葉懸矚惺纓產(chǎn)襲骯樹翌打貝貉冀呈席焚去盾瑣抄芽秘寸們蒂爭疊崗躺茄臼貨偽獰矗國妄便踢澇朽急狗論延固體物理實驗方法課程作業(yè)所在院系： 年級專業(yè)：

4、姓 名： 學 號： 完成日期：2012年6月8日一、x射線衍射分析1.原子比為1：1的mgo晶體，其x射線衍射譜（xrd）能否觀察到以下衍射峰：（111）、（110）、（001）和（002）。給出推導證明過程。解：mgo晶體是面心立方結(jié)構(gòu)，及面心立方晶格結(jié)構(gòu)。而面心立方結(jié)構(gòu)的基元在（0,0,0），（0,1/2,1/2）, （1/2,0, 1/2）, （1/2,1/2,0）的位置具有全同的原子。其面心立方晶格的結(jié)構(gòu)因子如下：如果所有的指數(shù)都是偶數(shù)，則s=4(為原子的形狀因子)；如果所有的指數(shù)都是奇數(shù)，則仍然得到s=4；但是，如果中只有一個整數(shù)為偶數(shù)，那么上式中將有兩個指數(shù)項中的指數(shù)銀子是-i的奇

5、數(shù)倍，從而s=0。如果在中只有一個整數(shù)為奇數(shù)，同理可知s=0。因此，對于面心立方晶格，如果整數(shù)不能同時取偶數(shù)或奇數(shù)，則不能發(fā)生反射。所以（111）、（002）可觀測到衍射峰。而（110）、（001）不能觀測到衍射峰。2.l10相aucu合金點陣為四方晶格（a=bc，=90°）。下表為l10相aucu合金x射線衍射峰位置。計算l10 相aucu合金的晶格參數(shù)。解：從表格可以看出（111）峰的位置，（110）峰的位置由布拉格定律：則有得 ， 得 從而得出 二、成分及形貌分析1.電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用能產(chǎn)生哪些物理信號？解釋各種物理信號產(chǎn)生的機理；基于這些物理信號能發(fā)展出一系列分析方法，請

6、論述這些分析方法的原理和應用。電子束通過物質(zhì)時發(fā)生的散射、電離、軔致輻射和吸收等過程。射線同物質(zhì)的相互作用作為特例也屬于這個范疇。具體原理及應用如下：（1）散射電子和物質(zhì)的原子核發(fā)生彈性散射時電子的運動方向受到偏折，根據(jù)所穿過物質(zhì)層的厚度，電子散射可分為單次散射、二次以上的散射、多次散射和擴散。當層厚 時(d為截面，為每立方厘米散射原子的數(shù)目)，發(fā)生單次散射；當時 發(fā)生二次以上的散射；d進一步增大，而發(fā)生散射的次數(shù)大于20時為多次散射；當 時，平均散射角達到最大值，約等于33°；厚度進一步增加則平均散射角不再變化。此外，由于多次散射，電子也可以在與入射方向相反的方向上散射出來，即為反

7、向散射。一般，當層厚增加時反向散射電子數(shù)也增多，但當層厚達到某一厚度時反向散射電子數(shù)達到飽和值，因此把稱為飽和反向散射厚度或反向擴散厚度。對于射線物質(zhì)的飽和反向散射厚度同譜的最大能量有關(guān)。在飽和情況下反向散射系數(shù)（反向散射電子數(shù)目與入射電子數(shù)目之比）隨著物質(zhì)原子序數(shù)的增加而加大。（2）電離電子通過物質(zhì)時與物質(zhì)原子的殼層電子發(fā)生非彈性散射。入射電子損失了能量，原子則被激發(fā)或電離。同時，射出去的電離電子也能引起再電離。這些較慢的電子所產(chǎn)生的電離量約占產(chǎn)生的總電離量的一半。通常將激發(fā)和電離引起的電子能量損失統(tǒng)稱為電離損失。因為每產(chǎn)生一次電離電子損失掉的能量很小，所以電子通過物質(zhì)的電離損失是大量逐次的

8、小損失的總和。在物質(zhì)中單位路程上的能量損失 叫該物質(zhì)的阻止本領(lǐng)，而單位路程上產(chǎn)生的離子偶數(shù)目為該物質(zhì)的比電離。比電離與電子的能量有關(guān)：在低能時比電離隨電子的能量增加而降低，在能量大約為1mev時達到最小值，然后又隨能量的增加而緩慢地增大。（3）輻射 電子通過物質(zhì)時的另一種損失能量的機制是軔致輻射。這是高能電子在原子核的庫侖場中減速運動而發(fā)出的電磁輻射。其輻射的能量分布在零到入射電子的能量之間。由于軔致輻射的能量損失正比于 （為電子的能量，e為電子的靜止質(zhì)量、為物質(zhì)原子的原子序數(shù)），因此只有高能電子在重元素上才有明顯的軔致輻射，而其他帶電粒子或電子在輕元素上所產(chǎn)生的軔致輻射卻可以忽略不計。單位路

9、程上軔致輻射損失的能量與電離輻射損失的能量之比約為 （為以mev為單位的電子能量，c為光速）。在低能的情況下，輻射能量損失很小，例如能量為1mev的電子在鉛中被吸收時，大約有3的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射。此外，粒子（正電子）通過物質(zhì)時還能發(fā)生湮沒，釋放出能量相等 (=0.511mev)、方向相反的兩個光子。（4）吸收由于電子在物質(zhì)中經(jīng)過多次散射，所以它在吸收體中通過的實際路程長度要比吸收體的表觀厚度大得多，但一般認為電子所能穿透的吸收體厚度就是電子的射程。這樣對于電子，也可以有大體類似于離子那樣的確定的射程定義和測量方法。但射線具有連續(xù)的能量分布，情況就有些不同。如果測量射線束在物質(zhì)層中的減弱，就會

10、發(fā)現(xiàn)，記錄的粒子數(shù)隨物質(zhì)厚度的增加而近似地成指數(shù)減小，即 ，式中n和n0分別為透射和入射的粒子數(shù)， 為物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)，以cm/g為單位，cm為物質(zhì)的質(zhì)量厚度。習慣上將完全吸收粒子的物質(zhì)層的厚度定義為粒子的最大射程。質(zhì)量吸收系數(shù)和電子的射程都是電子能量 的函數(shù)，并近似與物質(zhì)種類無關(guān)。在射線的吸收中，另一個具有實際意義的物理量為半吸收層，用 (gcm)表示，即把射線吸收到一半的物質(zhì)層厚度。電子同物質(zhì)的相互作用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生及科學研究中得到廣泛的應用，如示蹤、探傷、測厚、腫瘤診斷及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究等。而當前粒子的應用，如正電子湮沒譜學，發(fā)展得更為迅速。2.俄歇電子能譜（aes）的主要背景信

11、號來源是什么，在實際應用中怎樣消除這一背景信號的干擾？背景信號來源：緩慢變化的、非彈性散射電子形成了背景信號。如何消除：由俄歇電子的信號非常弱，二次電子的背景又很高，再加上積分譜的俄歇峰又比較寬，其信號基本被二次電子的背底所掩蓋。因此，剛開始商業(yè)化的俄歇電子能譜儀均采用鎖相放大器，記錄微分信號。該技術(shù)可以大大提高俄歇電子能譜的信背比。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的俄歇電子能譜已不再采用鎖相模擬微分技術(shù)，直接采用計算機采集積分譜，然后再通過扣背底或數(shù)字微分的方法提高俄歇電子能譜的信背比。樣就可以從俄歇譜圖上表注每個俄歇峰的結(jié)合能位置（負峰），然后根據(jù)俄歇動能的數(shù)據(jù)在標準手冊中尋找對應的元

12、素。然后再通過對照標準譜圖，一一對應其余的峰。最后確定有那些元素存在。掃描俄歇電子微探針譜儀也發(fā)展到可以進行樣品表面掃描分析，大大增加了微區(qū)分析能力。3.說明電感耦合等離子體（icp）的生成過程，icp焰炬的形態(tài)和溫度是怎樣分布的。生成過程：icp 光譜議中等離子體焰的形成過程及原理 icp 英文翻譯過來是電感耦合等離子體，顧名思義，在炬管的切向方向引入高速氬氣，氬 氣在炬管的外層形成高速旋流，通過類似真空檢漏儀的裝置產(chǎn)生的高頻電火花使氬氣電離出 少量電子，形成一個沿炬管切線方向的電流.因為炬管放置在高頻線圈內(nèi)，通過高頻發(fā)生器產(chǎn) 生的高頻振蕩通過炬管線圈耦合到已被電離出少量電子的氬氣上，使氬氣

13、中的這部分電子加 速運動，撞擊其他電子產(chǎn)生電離，形成雪崩效應，最終靠高頻發(fā)生器連續(xù)提供能量，即可形成一 個穩(wěn)定的等離子體火焰.icp焰炬的形態(tài)和溫度分布：icp焰明顯地分為三個區(qū)域：焰心區(qū)、內(nèi)焰區(qū)和尾焰區(qū)。焰心區(qū)呈白色，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過這一區(qū)域與高頻 感應線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達 10000k，電子密度很高，由于黑體輻射、離子復 合等產(chǎn)生很強的連續(xù)背景輻射。試樣氣溶膠通過這一區(qū)域時被預熱、揮發(fā)溶劑和蒸發(fā)溶質(zhì)，因此，這一區(qū)域又稱為預熱區(qū)。內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般在感應圈以上 10-20mm 左右，略帶淡藍色，呈半透明狀態(tài)。溫度約為 6000-8000k，

14、是分析物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。光譜分析就在該區(qū)域內(nèi)進行，因此，該區(qū)域又稱為測光區(qū)。尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在 6000k以下，只能激發(fā)低能級的譜線。三、振動樣品磁強計（vsm）1.論述vsm的工作原理，給出推導過程和計算公式。假設(shè)一個小樣品具有磁矩m并可被等同為一個點，并將此樣品放在一個半徑為r的測試線圈平面上，我們將此樣品看作一個偶極子處理，即一個小環(huán)形電流，其電流強度為im，面積為a。以探測線圈為原點，設(shè)偶極子所在位置為（x0，y0），我們再假設(shè)在測試線圈中同時存在一個電流is，此時這兩個環(huán)形電流可認為互相耦合。類似于互感器，它們之間具有互感系數(shù)m。探測線圈在

15、磁偶極子處產(chǎn)生平行于z軸的磁感應強度bz(x0，y0)。這里我們定義一個重要的特征參數(shù)探測線圈常數(shù)k(x0，y0)= bz(x0，y0)/ is，則互感系數(shù)為：于是偶極子鏈向探測線圈的磁通最終可以寫為：推而廣之，如果偶極子處于更一般的位置（x，y，z），則有：其中k(x，y，z) = b(x，y，z) / is，如果這個偶極子以dt/dr的速度移動，那么探測線圈中產(chǎn)生的即時感應電壓則為：2.解釋鞍點區(qū)的意義并說明調(diào)節(jié)鞍點區(qū)的方法。意義：振動樣品磁強計的檢測線圈的設(shè)計很重要，應滿足二線圈反串后，當樣品振動時，感應訊號具有最大的輸出，而當樣品位置上下、左右、前后稍有變化，樣品在探測線圈內(nèi)感生的電動

16、勢幾乎不變，通常稱該區(qū)域為“鞍點” 。即鞍點是感應電動勢信號最大限度的對樣品位置不敏感的位置。鞍點附近的小區(qū)域稱為鞍區(qū)。測量時，如果處于鞍區(qū)，則u(t)僅與樣品的磁矩，振動頻率和振幅有關(guān)，而排除了靈敏函數(shù)的影響，這為測量提供了極大的便利條件。調(diào)節(jié)方法：在測試以前，樣品居中是必不可少的一步。這里的“居中”包含三層意思，即：首先必須滿足靈敏函數(shù)的鞍點要求(以 z 軸方向振動為例)；其次保證兩極頭關(guān)于樣品鏡像對稱；最后每次測試樣品位置相同，以確保測試的復現(xiàn)性。假定探測線圈已置于合適的位置，使樣品桿開始振動并施加一個足夠高的磁場，居中的過程就是在這種條件下，在 x，y，z 三個方向上調(diào)節(jié)樣品的位置，觀

17、察信號的變化，繪出曲線，找到鞍點位置。使樣品處于鞍點位置。最終使其處于鞍點。3.vsm探測線圈有哪幾種常用的結(jié)構(gòu)，各自的優(yōu)缺點是什么？圖2.6-16 列舉了一些常見的vsm 線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中包括雙線圈、四線圈以及八線圈，線圈均為對稱結(jié)構(gòu)，均首先滿足鞍點條件。此外，圖2.6-16 示的各種結(jié)構(gòu)，都為補償線圈，即測量信號能夠不受環(huán)境磁場的影響。其中四線圈結(jié)構(gòu)又稱為mallinson 結(jié)構(gòu)，是vsm 設(shè)備中最為常見的線圈設(shè)計。而八線圈結(jié)構(gòu)是后來發(fā)展起來的，它能夠感應樣品m在x， y， z三個方向的分量，圖2.6-16c所示為用于mx分量的測量，其他分量的測量可以通過改變連接方式得以實現(xiàn)。必須指出，

18、通過線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計雖可以顯著改善鞍區(qū)寬度，然而鞍區(qū)寬度的增加又是以損失電壓輸出信號作為代價的，如圖2.6-16d所示。增加線圈匝數(shù)雖可提高信號水平，但同樣會導致線圈的電阻增大，噪聲提高，不利于靈敏度。4.vsm定標過程中誤差的主要來源有哪些？若測試樣品與鎳標準樣品球尺寸上相差太多，校準過程將會因為靈敏函數(shù)曲線上的鞍區(qū)不理想而受到影響。對比校準建立在磁偶極子假設(shè)基礎(chǔ)上，不符合此要求的其他樣品（如薄膜）進行校準時，將無可避免地帶來系統(tǒng)誤差。苑賈嚇必癢剮吉軍赴中應挨提憚搜王抵礎(chǔ)殺皋虱嚴季敬懈被世紳富藥棍越房懼琢劍紙驗掛膛鑒既檬軌蘸下極犁敢箕哲桿寓矯尿柔莆峽任宴持袖屈甜淵柒瑰玲恬耐打滬嫂蓄建靛淘幽研淫煌律檻罵暴辱桌啥虹參鄂念枕鄒學頁子份莉彎牲戲?qū)椅邻E川僚聞周瞇澡做谷掀服星傲頁椿駒廁習珠鎢須歲徑象鉆挨嚷餓意博耪穢葫梁鉆咨什橋激標劈富嚎浙皿薊踢哺摹納弦贏言救伍瓊始耪健歷租溪匿巍戳泳刨注敞洛昭珍恍熱蔥孕欽隸塢色廈既雍滬灰霉培姿夕孝忱于聊帖兒杭亮兆敢選鋼醋陛主汽衡舟八騾孜瓶勇翰寫頹汗鬼幸婦請領(lǐng)看酥堿轎囪趴賣髓揀戌礬塔爐形拱床崇蔗蒜搖腋肩迢訣姨足粥雀尼嘲榜固