同步辐射应用专题考试.doc

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同步辐射应用专题

简答60分（任选4题）

1。

组合材料学通过在一块基片上合成大量密集排列的微量材料样品阵列，并快速表征每个微量样品的特性，筛选/优化新材料。

在此工作中同步辐射可以发挥很大的作用，现已发展了哪些手段，并用于哪些材料性质的表征？

答：

照相术，扫描光谱仪、FTIR光谱成像、阵列微四探针、SEMM（介电、压电、磁电）、X射线分析、μSIMS、合成表征一体化。

主要可应用于荧光材料、磁电材料、光催化材料、无铅压电。

2。

同步辐射紫外单光子电离与传统的电子轰击电离相比有哪些优势？

3。

与投射电镜相比，软x射线显微术主要有哪些优势？

答：

尽管目前软X射线显微术的分辨率还达不到电子显微镜那么高，但与电子显微镜相比，在生物样品的研究上，它具有无可比拟的优越性。

首先，软X射线显微术比电子显微镜的穿透深度深。

软X射线可穿透几个微米厚的生物样品，它是典型的完整细胞的线度。

而一般使用的透射电镜的穿透深度远小于1微米。

其次，由于软在X射线的一定波段内，生物物质与水的吸收系数相差较大，因此在观察含水的湿的生物样品时，可以认为水是“透明”的。

这个波长范围就称为“水窗”。

但在电子显微镜中却没有这样的衬度增强的机制，为了增加衬度就必须染色。

由此可见，软X射线显微术与电子显微术相比，不仅能研究含水的活的生物样品，而且可得到很好的衬度。

4。

何谓VUV光子的量子剪裁？

试以Gd-Eu为例图示说明其光跃迁过程？

答：

为了提高材料的发光效率，就必须提高其量子效率，即应设法使发光材料每吸收一个VUV光子，放出不只一个可见光光子，即量子效率大于1.高能VUV光子经发光材料转换为两个低能光子的过程就是量子剪裁过程，又称为双光子发射。

Gd-Eu的图示在《基础》课本127页。

5。

以铜粉为例，简述XAFs实验步骤和数据分析过程？

XAFS实验步骤

答：

1.检查显示面板上灯的情况，看各个阀门是否处于应该的位置，初始状态为所有阀门关闭，铅块为放下状态，面板上的真空是否正常，一般在10－6－10－7帕。

2.利用激光准直器调节光路，使得Be窗、前电离室窗口、样品架上的通光孔以及后电离室窗口位于一条直线上。

（这一步，一般来说，试验站的工作人员已经调好了）

3.根据样品的实际选择适当的测量方法（确定吸收边）和制样方法，把样品置入光路。

透射法：

涂胶带要保证样品足够细（400目以下），涂抹均匀，确保样品不漏光。

在我们的实验站上，跳高为0.8时，样品的信噪比较好，其后电离室的示数一般为4×10－9－10－8。

荧光法：

在样品架上粘好样品，选择好滤波片（所测元素的前一个元素的滤波片）。

至于其具体的测量模式还需要进一步摸索。

4.根据能量的扫描范围，确定前后电离室的长度和气体配比（透射法）

5.放置好样品后，关上实验棚屋的门，取下钥匙，按下复位开关。

6.用钥匙打开真空联锁保护与控制系统。

WM0-PV0-FV0-BS1-PV1-PV2-BS2-PV3，按照从后至前的顺序，将显示为红色的打到绿色。

7.打开控制软件的系统菜单，开始设置参数。

根据不同的样品预测的元素，选择不同的能量区间。

（边前300eV，边后1000eV）

8.根据能量计算转角仪的初始位置。

在NewPosition中设置转角仪角度，用Auto-Revise键，使ND261与SMC9000的读数一致。

9.选择测量的区间数。

设定每个区间的能量范围，步长和测量时间。

一般在近边范围步长设置偏小，边前和边后300eV后步长可适当增大。

10.在测普之前，一般要先进行预扫。

主要是为了看跳高的大小和跳边的位置，如果发现样品吸收边能量值与理想得有所偏差，应该进行校正。

11.待转角仪转至对应角度，实验开始，自动记录数据，适当注意观察前后电离室的电荷值是否显示正常。

12.如果有可能的话，我们还应该在样品的能量测量范围内通过调节m2和m3的步进马达，从而调节双晶单色器，使在此能量范围内光斑没有明显的变化，还要考虑适当的谐波（为了提高信噪比）

13.测试完后，读取前后电离室的电荷（或电压）值。

把数据保存好，实验结束。

14.如果要关闭光束线，按照从前至后的顺序关闭各个阀门。

个人建议：

对于一般的人来说，不建议关闭6517，转角仪，测角仪。

只要关闭气体就可以了。

15.收拾并整理好站上的记录。

XAFS数据分析的步骤

（1）求m-E曲线

（2）背景扣除（3）m0拟合（4）E→k转换（5）求c（k）及加权和加窗（6）快速Fourier变换（7）Fourier滤波（8）曲线拟合

6。

什么是费米面？

测量费米面的意义和在？

答：

费米面定义为倒易晶格空间的等能面，它是电子占据态和非占据态的分界面。

例如，如果电子有如下色散关系：

，则费米面就是一个半径为的球。

如果k表示Bloch矢量，那么在第一Brillouin区，对于每一部分占据的能带都将有一个分离的费米面。

因为只有费米面附近的电子参与电导和其他电子输运过程，因此费米面的测量尤为重要。

7。

激光的强度高，单色性好，为什么好多国家还要拼命建同步辐射装置？

现在新建的同步辐射装置与二代光源有什么区别？

8。

吸收光谱的原理是什么？

同步辐射吸收光谱有哪几类？

他们的特点和研究的对象，目的各是什么？

9。

简述X射线显微原理和分类，同步辐射显微书和常规光源显微术的区别是什么？

答：

软X射线显微术的基本原理来源于软X射线与物质的相互作用。

软X射线会被物质吸收和散射，其振幅和相位发生变化。

利用这种振幅和相位的变化，建立物体显微图像的方法称为软X射线显微术。

主要分类有：

软X射线接触显微术、软X射线扫描显微术、软X射线成像显微镜、透射式扫描软X射线显微成像、软X射线全息显微术等。

10。

同步辐射可研究磁性材料，简述其原理和对同步辐射光束线的要求？

答：

软X射线圆二色谱所研究的是物质对两种圆偏振光的吸收谱之差，即左旋和右旋圆偏振光吸收谱的非对称性。

铁磁材料和处在磁场中的其它磁性材料存在着一个宏观上德磁化。

从量子力学的观点来看，交换相互作用产生了一个自选量子化的择优取向，使原来简并、满壳的基态分裂为mj个子能级，也就是说自旋向上的态同对应的自旋向下的态不在处于同一能量位置。

根据统计规律，这时自旋向上和自旋向下的电子数密度不在相等。

每个能级的X射线吸收峰强度同光子的自旋方向有关，这意味着宏观上磁化的材料对右螺旋和左螺旋光子的吸收强度不相等，这就导致了磁圆二效应。

要求：

1.单色性要好，从同步辐射环引出的光要经过单色分光后变成波长连续可变的单色光。

2，高纯度的圆偏振光，通过调节水平和垂直聚焦镜可以对光的圆偏振方向进行选择。

3，低温和强磁场。

样品的磁化场由永久磁铁产生。

由于永久磁铁的磁场强度很有限，这种装置只能用于磁性比较强的铁磁或铁氧磁性材料。

研究磁性较弱的顺磁材料或反铁磁材料要求磁场强度在3T以上。

填空题：

20分

1。

光电子能谱中Ek=hv-Eb-ø，各项的物理意义

2。

软x磁性园二色中电偶极跃迁的选择定则（△m=1,左偏振；△m=-1，右偏振）

3。

同步辐射X射线高分辨衍射利用了同步辐射的什么特点？

（高强度、高准直性、波长连续可调）

4（Ramman散射）

5。

声子色散谱

6。

计量站同步辐射的光谱覆盖范围

7。

填σa（截面）

选择20分（这里只有一部分）

1。

目前成熟的软x射线显微利用了x射线的什么特点？

散射

2。

X射线衍射动力学研究对象是？

单晶

3。

极紫外的光谱范围？

5-100nm

4。

X射线动力学是将单个电子作为整体与点磁场相互作用的结果，他能够解释反常散射。

5。

VUV用于绝缘体类固体发光材料研究较多，因为能及间隔大。