同步辐射应用基础PDF电子书下载

第1章 同步辐射光电子能谱概论 1

1.1 量子力学的基本概念 2

1.1.1 微观粒子的波粒二象性 4

1.1.2 波函数 4

1.1.3 薛定谔方程 5

1.1.4 氢原子能级和波函数 8

1.1.5 定态微扰论 10

1.1.6 含时微扰与量子跃迁 12

1.2 固体能带论基础知识 14

1.2.1 布洛赫定理 15

1.2.2 倒格子和波矢 15

1.2.3 能带和能隙 17

1.2.4 布里渊区 21

1.2.5 能态密度和费米面 23

1.3 光电发射的物理过程 25

1.3.1 光电激发的三步模型 26

1.3.2 光电离截面和电子逃逸深度 27

1.3.3 光电子能量分布曲线 30

1.3.4 光电发射中的守恒量 32

1.3.5 光电发射中的偏振选择定则 34

1.4 光电子能谱基础 35

1.4.1 光电子能谱的基本原理 35

1.4.2 光电子能谱的实验装置 38

1.5 同步辐射光电子能谱技术 43

1.5.1 同步辐射价带光电子谱 43

1.5.2 同步辐射芯能级光电子谱 53

1.5.3 同步辐射光电子谱的工作模式 65

第2章 软X射线显微术和同步辐射光刻简介 71

2.1 软X射线显微术的基本概念 71

2.1.1 引言 71

2.1.2 显微术与生物结构研究 72

2.1.3 软X射线显微术中光与物质的相互作用 75

2.2 软X射线光学的基础知识 78

2.2.1 软X射线的折射 78

2.2.2 软X射线的反射 79

2.2.3 软X射线多层膜反射镜 80

2.2.4 软X射线的衍射和波带片 81

2.3 软X射线接触显微术 84

2.3.1 基本装置和原理 84

2.3.2 接触显微术的软X射线源 85

2.3.3 生物样品显微图像的探测 86

2.3.4 软X射线接触显微成像实验方法 87

2.3.5 接触显微成像的应用 87

2.3.6 接触显微成像的分辨率 88

2.4 软X射线成像显微镜 89

2.4.1 普通透射式软X射线成像显微镜 89

2.4.2 相衬软X射线显微镜 90

2.4.3 透射式扫描软X射线显微成像 91

2.4.4 软X射线成像显微镜的应用 92

2.5 软X射线全息显微成像技术简介 94

2.5.1 全息术基本概念 94

2.5.2 软X射线全息显微成像技术 101

2.5.3 软X射线全息显微成像技术的应用 106

2.6 同步辐射X射线光刻技术 108

2.6.1 光刻技术简介 108

2.6.2 X射线光刻的基本原理 109

2.6.3 同步辐射X射线光刻的关键技术 111

2.7 同步辐射中的LIGA技术 114

2.7.1 MEMS和LIGA技术简介 114

2.7.2 LIGA技术的基本原理和工艺 116

2.7.3 LIGA技术的应用 119

第3章 同步辐射真空紫外和红外光谱基础 121

3.1 固体的光学性质 122

3.1.1 波动方程和光学常数 122

3.1.2 复介电常数与光吸收 124

3.1.3 克拉末-克朗尼格（Kramers-Kronig）关系 126

3.1.4 吸收系数和吸收光谱 126

3.1.5 反射系数和反射谱 128

3.1.6 发射谱和激发谱 129

3.2 固体光谱基础 129

3.2.1 带间跃迁的吸收和发射光谱 129

3.2.2 激子光谱 136

3.2.3 杂质和缺陷态光谱 142

3.2.4 稀土和过渡金属离子光谱 146

3.3 同步辐射真空紫外光谱技术和应用 154

3.3.1 同步辐射真空紫外光谱实验技术和装置 154

3.3.2 稀有气固体激子光谱 156

3.3.3 BaF2晶体的价带—芯带跃迁 158

3.3.4 稀土光谱中的量子剪裁 160

3.4 同步辐射红外光谱简介 163

3.4.1 晶格振动的基本概念 163

3.4.2 晶格振动与红外吸收 170

3.4.3 自由载流子的红外吸收与等离激元 174

3.4.4 同步辐射红外光谱技术 178

第4章 同步辐射X射线衍射基本原理和应用 183

4.1 晶体结构的对称性 184

4.1.1 晶体的周期性结构和性质 184

4.1.2 点阵 185

4.1.3 晶体结构的对称元素和晶系 186

4.1.4 晶胞 188

4.1.5 晶体学点群和空间群 192

4.2 X射线衍射的运动学理论 200

4.2.1 Laue方程 200

4.2.2 Bragg方程 201

4.2.3 倒易矢量 202

4.2.4 晶体衍射方向和倒易矢量 205

4.2.5 收集单晶体衍射数据方法简介 205

4.2.6 衍射强度和结构因子 206

4.3 同步辐射X射线衍射应用 215

4.3.1 同步辐射X射线在生物大分子晶体学中的应用 215

4.3.2 同步辐射X射线高分辨粉末衍射 232

4.3.3 同步辐射X射线高分辨单晶衍射 238

4.3.4 反常散射在材料科学、小分子晶体结构测定中的应用 239

第5章 X射线散射基础 242

5.1 不完整晶体的漫反射 242

5.1.1 不完整晶体X射线衍射强度的普遍公式 242

5.1.2 平均点阵的Bragg反射 244

5.1.3 偏离平均点阵引起的漫散射 244

5.1.4 不完整晶体的漫散衍射图像 246

5.1.5 位移无序和置换无序 246

5.2 非晶态物质结构的X射线分析 252

5.2.1 普适X射线散射方程 252

5.2.2 非晶态物质径向分布函数（RDF） 253

5.2.3 偏分布函数的测定 257

5.3 薄膜、多层膜的X射线反射和散射 257

5.3.1 X射线在界面中的折射与反射 257

5.3.2 折射率 259

5.3.3 包括吸收系数的折射率 261

5.3.4 在X射线区域的Snell公式及Fresnel方程 261

5.3.5 均匀薄层（薄膜）的X射线反射 266

5.3.6 多层膜的镜面反射（Specular Reflectivity） 268

5.3.7 有限梯度界面的反射率 270

5.3.8 计算具有粗糙度界面及表面的反射率的一般理论 271

第6章 X射线吸收精细结构谱 277

6.1 X射线吸收谱 277

6.1.1 X射线的吸收系数 277

6.1.2 激发原子的去激发 279

6.1.3 电子光谱的选择定则 280

6.1.4 元素的特征线及吸收边 283

6.1.5 孤立原子的X射线吸收系数的量子力学计算（简单模型） 283

6.1.6 X射线多极自发发射（吸收）的量子理论 289

6.2 X射线吸收精细结构 292

6.2.1 产生XAFS的物理机理 293

6.2.2 X射线吸收的测量方法 296

6.2.3 XAFS的实验站和实验技术 300

6.3 EXAFS实验方法 302

6.3.1 EXAFS产生的物理机理 302

6.3.2 归一化的EXAFS函数 303

6.3.3 EXAFS函数的基本理论公式 303

6.3.4 EXAFS的数据处理 307

6.4 XAFS的应用 314

6.4.1 引言 314

6.4.2 半导体纳米微晶体CdTe的EXAFS研究 314

6.5 XAFS实验技术的发展 319

附录1 X射线散射的量子理论 327

附录2 Gauss统计和Gauss积分 332

附录3 傅里叶变换 334

附录4 狄拉克（Dirac）函数 336