拉曼光谱学与低维纳米半导体PDF电子书下载

上篇　拉曼光谱学基础 3

第1章　拉曼光谱学的一般知识 3

1.1　散射、光散射和拉曼散射 3

1.1.1　散射与光散射 3

1.1.2　光散射与拉曼散射 4

1.2　光谱、散射光谱与拉曼光谱 6

1.2.1　光谱与散射光谱 6

1.2.2　拉曼散射与拉曼光谱 6

1.3　拉曼散射效应的发现和拉曼光谱学的发展 12

1.3.1　拉曼散射效应的发现 12

1.3.2　拉曼光谱学的发展 15

1.3.3　激光拉曼光谱学 20

1.4　拉曼光谱应用概述 25

1.4.1　拉曼光谱应用的常规化 25

1.4.2　拉曼光谱应用的基础 26

1.4.3　振动拉曼光谱应用简介 28

参考文献 33

第2章　光散射的理论基础 36

2.1　散射概率 36

2.1.1　散射实验与散射概率 36

2.1.2　散射截面和微分散射截面 38

2.1.3　散射截面的经典物理和量子物理表述 39

2.2　光散射的宏观理论 41

2.2.1　电偶极辐射和感生电偶极矩 42

2.2.2　孤立原子的光散射 43

2.2.3　分子的光散射 44

2.2.4　经典光散射理论对光散射机制和基本特征的描述 46

2.3　光散射的微观理论 52

2.3.1　微分散射截面与量子跃迁概率 52

2.3.2　量子跃迁概率与含时间微扰论 53

2.3.3　原子光散射的量子力学描述 54

2.3.4　分子光散射的量子力学理论 54

2.3.5　光散射的量子力学诠释 55

参考文献 60

第3章　拉曼光谱的实验基础 61

3.1　实验的基础知识 61

3.1.1　拉曼光谱实验的内容和拉曼光谱的分类 61

3.1.2　拉曼光谱实验条件和实验结果的标示 62

3.1.3　与实验条件相关的拉曼光谱特性 64

3.1.4　振动拉曼光谱实例——CCl4的拉曼光谱 66

3.1.5　拉曼光谱实验的技术关键 68

3.2　光栅色散型拉曼光谱仪 68

3.2.1　拉曼光谱仪的基本结构及其技术进步历程 68

3.2.2　激发光源——激光器 72

3.2.3　样品光路 76

3.2.4　分光光路 83

3.2.5　光探测器和光谱读取 92

3.2.6　光栅拉曼光谱仪的整体结构 100

3.2.7　共焦拉曼光谱仪 101

3.2.8　近场拉曼光谱仪 104

3.3　拉曼光谱测量技术 105

3.3.1　光谱仪的安全放置和进行调整的条件 105

3.3.2　光谱仪光路的调整 106

3.3.3　显微拉曼光谱仪的光路调整 111

3.3.4　光谱的特性和光谱的分辨 113

3.3.5　光谱仪性能的描述 115

3.3.6　商品光谱仪的性能参数 119

3.3.7　光谱仪运转参数的选择 121

3.3.8　光谱仪透光率的色散及其影响的消除 124

3.3.9　谱仪的日常维护 125

3.4　干涉型光谱仪 126

3.4.1　傅里叶变换（FT）光谱仪 127

3.4.2　法布里-珀罗干涉仪 130

3.4.3　光谱仪与傅里叶变换光学 132

3.5　实验拉曼光谱的数据处理 133

3.5.1　原始光谱的成分及其光谱特征 133

3.5.2　噪声谱的消除和减少 135

3.5.3　光谱参数的获取 139

参考文献 140

第4章　固体拉曼散射的理论基础 142

4.1　晶格动力学的基础知识 142

4.1.1　运动方程的简化与晶格动力学 143

4.1.2　经典力学理论——格波 144

4.1.3　一维双原子线性链的晶格振动 146

4.1.4　量子力学理论——声子 150

4.1.5　电子-声子相互作用 151

4.2　晶格动力学的微观模型 153

4.2.1　三维晶体的经典晶格动力学 154

4.2.2　力常数模型（force constant model） 155

4.2.3　壳模型（shell model） 157

4.2.4　键模型（bond model） 158

4.2.5　键电荷模型（bond charge model） 159

4.2.6　典型半导体声子色散曲线的计算结果 160

4.3　晶格动力学的宏观模型 162

4.3.1　连续弹性模型 162

4.3.2　介电电连续模型——黄昆方程 164

4.4　非晶体的晶格动力学 168

4.5　固体的拉曼散射理论 169

4.5.1　概述 169

4.5.2　固体拉曼散射的量子力学描述 172

4.5.3　拉曼散射的介电涨落关联模型 173

4.5.4　晶体和非晶的拉曼散射谱 178

参考文献 181

下篇　低维纳米半导体的拉曼光谱学第5章　低维纳米体系拉曼散射的理论基础和光谱特征 187

5.1　低维纳米体系与小尺寸效应 187

5.1.1　维度、尺寸与特征长度 187

5.1.2　低维体系与纳米材料 188

5.1.3　小尺寸效应 190

5.1.4　低维纳米体系的科学研究 193

5.2　超晶格半导体 194

5.2.1　非极性半导体薄板 195

5.2.2　离子晶体平板 197

5.2.3　半导体超晶格 197

5.3　纳米半导体 206

5.3.1　非极性半导体微晶粒 207

5.3.2　Si纳米晶 209

5.3.3　极性晶粒粉状半导体 209

5.3.4　碳纳米管 211

5.3.5　量子阱线、量子线或纳米线 215

5.4　关于微晶模型 218

5.4.1　原始的微晶模型 218

5.4.2　微晶模型的应用 220

5.4.3　微晶模型的有效性 222

5.4.4　微晶模型的合理性 224

5.4.5　微晶模型合理和有效性的检验 226

5.5　第一性原理计算 230

5.5.1　Si/Ge超晶格晶格动力学的从头算 230

5.5.2　硅［111］纳米线的色散关系 231

参考文献 232

第6章　低维纳米半导体的基础拉曼光谱 234

6.1　半导体超晶格的特征拉曼光谱 235

6.1.1　折叠声学模 235

6.1.2　限制光学模 236

6.1.3　界面模 238

6.2　纳米硅的特征拉曼光谱 241

6.2.1　多孔硅的特征拉曼谱 241

6.2.2　硅纳米线的特征拉曼谱 243

6.2.3　纳米硅拉曼谱特征的根源 246

6.3　纳米碳的特征拉曼光谱 249

6.3.1　纳米金刚石特征拉曼谱 251

6.3.2　富勒稀（Fullerene）的特征谱 256

6.3.3　碳纳米管的特征拉曼谱 258

6.4　极性纳米半导体的特征拉曼光谱 260

6.4.1　SiC纳米棒的特征拉曼光谱 260

6.4.2　其他极性纳米半导体的拉曼光谱 262

6.5　多声子拉曼谱 265

6.5.1　超晶格多声子拉曼谱 265

6.5.2　纳米半导体的多声子拉曼谱 267

6.6　反斯托克斯拉曼谱 271

6.6.1　碳纳米管斯托克斯普适特征的“反常” 271

6.6.2　碳纳米管斯托克斯普适特征的“反常”的根源 273

参考文献 275

第7章　激发光特性与低维纳米半导体拉曼光谱 277

7.1　激发光波长改变的拉曼谱 277

7.1.1　拉曼散射强度的共振增强 277

7.1.2　拉曼散射频率的共振变化 285

7.2　入射激光偏振改变的拉曼谱 290

7.2.1　超晶格的偏振拉曼谱 291

7.2.2　纳米材料 292

7.3　入射激光强度改变的拉曼谱 295

7.3.1　激光强度和温度 296

7.3.2　低强度（功率密度）激光辐照 297

7.3.3　高强度（功率密度）激光辐照 304

参考文献 308

第8章　样品尺寸、形状、成分和结构与低维纳米半导体拉曼光谱 311

8.1　样品尺寸对低维拉曼光谱的影响 311

8.1.1　尺寸对光谱频率的影响 311

8.1.2　尺寸对偏振选择定则的影响 323

8.2　样品形状对低维拉曼光谱的影响 327

8.2.1　超晶格纵折叠声学（LA）声子 328

8.2.2　限制光学声子 328

8.3　样品成分和结构对低维拉曼光谱的影响 329

8.3.1　组分的影响 329

8.3.2　杂质的影响 330

8.3.3　结构和缺陷的影响 332

参考文献 335

附录 339

附录Ⅰ　激光器和激光线 339

附录Ⅱ 标准谱线 349

附录Ⅲ 晶体的结合及其极性和对称性结构 354

附录Ⅳ 态密度与声子态密度 358

附录Ⅴ 拉曼张量 362

附录Ⅵ　波动方程的求解 370

附录Ⅶ　关联和关联函数 372

附录Ⅷ　第一性原理计算方法 382

附录Ⅸ 普通晶体和典型半导体的布里渊区、振动模及其拉曼光谱 385

附录Ⅹ 常用物理参数、常数和单位 392

索引 400