固体物理实验方法绪论课件

固体物理实验方法1固体物理实验方法1前 言Prefacebb本课程研究的对象本课程研究的对象bb本课程研究的内容本课程研究的内容bb国内外现状简单评述国内外现状简单评述bb本课程是什么性质的课本课程是什么性质的课bb本课程的目的本课程的目的bb本课程的希望本课程的希望2前 言Preface本课程研究的对象2前 言 Preface本课程的研究对象从从宏观上和微观上宏观上和微观上研究固体的各种物理性质，研究固体的各种物理性质，阐明其规律性。阐明其规律性。是理论与实验紧密结合的学科。是理论与实验紧密结合的学科。是物理学最主要的分支学科，是材料科学的基是物理学最主要的分支学科，是材料科学的基础之一。础之一。研究对象种类繁多，主要有金属、无机半导体、研究对象种类繁多，主要有金属、无机半导体、无机绝缘体、非晶固体和有机固体等。无机绝缘体、非晶固体和有机固体等。3前 言 Preface本课程的研究对象从宏观研究内容研究内容：丰富多彩研究内容：丰富多彩主要有：晶体和非晶体的结构主要有：晶体和非晶体的结构晶格动力学晶格动力学电子态及运动电子态及运动各种元激发、杂质与缺陷各种元激发、杂质与缺陷各种物理性质（力、热、声、光、电、磁）各种物理性质（力、热、声、光、电、磁）表面和界面性质表面和界面性质4研究内容研究内容：丰富多彩主要有：晶体和非晶体的结构晶格动力研究内容研究对象和内容的多样性决定了研究实验方法的研究对象和内容的多样性决定了研究实验方法的多种多样。多种多样。几乎所有的物理实验手段都可用于固体物理实验几乎所有的物理实验手段都可用于固体物理实验研究，从小型的一般实验室用仪器（光学显微镜）研究，从小型的一般实验室用仪器（光学显微镜）到大型的实验装置（如：中子反应堆和同步辐射）。到大型的实验装置（如：中子反应堆和同步辐射）。我们主要将重点放在一些常用的实验方法上。我们主要将重点放在一些常用的实验方法上。5研究内容研究对象和内容的多样性决定了研究实验方法的多种多样。研究内容1 表面形貌分析：表面形貌分析：主要实验方法分类主要实验方法分类希望：尽可能高的分辨率希望：尽可能高的分辨率方法：光学显微镜、电子显微镜方法：光学显微镜、电子显微镜 场离子显微镜、扫描探针显微镜场离子显微镜、扫描探针显微镜内容：晶粒尺寸、表面形态、缺陷、各种畴结构内容：晶粒尺寸、表面形态、缺陷、各种畴结构6研究内容1 表面形貌分析：主要实验方法分类希望：尽可能高研究内容2 结构分析结构分析内容：研究原子和分子的排列，这是决定材料内容：研究原子和分子的排列，这是决定材料各种物理性质的基本因素。各种物理性质的基本因素。方法：基本方法是方法：基本方法是X射线、中子与电子衍射，射线、中子与电子衍射，从衍射图样中分析材料的结构。从衍射图样中分析材料的结构。希望：高准确性希望：高准确性7研究内容2 结构分析内容：研究原子和分子的排列，这是决定材研究内容3 成分分析成分分析内容：材料的化学成分和杂质成分内容：材料的化学成分和杂质成分方法：方法：X射线荧光分析、质谱分析、微探针射线荧光分析、质谱分析、微探针 俄歇电子能谱仪、光电子谱仪等俄歇电子能谱仪、光电子谱仪等希望：分析的含量低希望：分析的含量低8研究内容3 成分分析内容：材料的化学成分和杂质成分方法：X研究内容4 宏观物理性质测量宏观物理性质测量内容：表征力、热、声、光、电、磁等性内容：表征力、热、声、光、电、磁等性 质的基本物理量及其交叉质的基本物理量及其交叉(压电、热电、压电、热电、光电、电光、磁阻、光电、电光、磁阻、Hall效应等效应等)方法：丰富方法：丰富 光学方法：椭偏仪测光学常数光学方法：椭偏仪测光学常数希望：精度高希望：精度高9研究内容4 宏观物理性质测量内容：表征力、热、声、光、研究内容5 能谱方法能谱方法内容：原子和电子的状态和运动以及各种原激发内容：原子和电子的状态和运动以及各种原激发方法：光子或粒子与固体相互作用，观察频率响应方法：光子或粒子与固体相互作用，观察频率响应 光谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等光谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等希望：准确希望：准确10研究内容5 能谱方法内容：原子和电子的状态和运动以及各种研究内容6 极端条件下的方法极端条件下的方法内容：极低温内容：极低温(10-4-10-5K)、超高压、超高压(1Mbar)和和 强磁场强磁场(103T)等等方法：超导研究方法：超导研究希望：特殊方法，某些研究之必需希望：特殊方法，某些研究之必需金刚石研究金刚石研究11研究内容6 极端条件下的方法内容：极低温(10-4-10研究内容7 样品制备样品制备内容：适于分析的样品内容：适于分析的样品 薄膜样品制备薄膜样品制备方法：不同的方法不同的样品制备方法：不同的方法不同的样品制备希望：满足实验需要希望：满足实验需要非常重要的实验环节，有时决定实验的成败。非常重要的实验环节，有时决定实验的成败。透射电子显微镜透射电子显微镜12研究内容7 样品制备内容：适于分析的样品方法：不同的方国内外现状方法：多样性，一机多用方法：多样性，一机多用性能：逐步提高，精度改进性能：逐步提高，精度改进主要是由于原理发展和技术进步，科学和技术的关系主要是由于原理发展和技术进步，科学和技术的关系本课程中表现为理论与实验间的关系本课程中表现为理论与实验间的关系13国内外现状方法：多样性，一机多用性能：逐步提高，精度改进主 固体物理学的发展中各种实验方法和实验起着关键性的作用。粗略的统计表明，从事实验研究为主的人数和工作量约占固体物理领域的三分之二以上。对实验工作者的要求：要有相当的理论素质，有坚实的物理基础和分析能力没有理论指导的实验相当于暗中摸索，没有实验基础 的理论是空中楼阁 须有良好的实验能力和素养，须经过严格的实验训练.理论与实验的关系14 固体物理学的发展中各种实验方法和实验起着关键课程的性质适合凝聚态物理、光学和材料物理与化学等专业学生适合凝聚态物理、光学和材料物理与化学等专业学生主要进行概念和方法的阐述。主要进行概念和方法的阐述。研究各种实验方法，包括基本原理、实验装置、实研究各种实验方法，包括基本原理、实验装置、实验方法和应用。验方法和应用。15课程的性质适合凝聚态物理、光学和材料物理与化学等专业学生主要本课程的目的从前人成功的经验中汲取营养，用以指从前人成功的经验中汲取营养，用以指导今后的科研工作，少走弯路。导今后的科研工作，少走弯路。通过本课程的学习，不但能增长见识，加深通过本课程的学习，不但能增长见识，加深对物理基本知识和概念的理解，更重要的是对物理基本知识和概念的理解，更重要的是可以得到教益，得到启迪，开拓眼界，培养可以得到教益，得到启迪，开拓眼界，培养发现问题、分析问题和解决问题发现问题、分析问题和解决问题的能力的能力学习本课程的主要目的是为掌握各种实验方法的适用范围、分析内容与要求，了解其优缺点，掌握如何分析实验结果。而不仅仅是为了如何操作仪器16本课程的目的从前人成功的经验中汲取营养，用以指导今后的科研工