Was (wer) ist Спектроскопия кристаллов - definition
Фурье спектроскопия; Спектроскопия Фурье
![Схема оптического Фурье-спектрометра.<br />
Фурье-спектрометр представляет собой [[интерферометр Майкельсона]], в котором одно из зеркал выполнено подвижным, что позволяет варьировать разницу хода лучей. Смещение зеркала производится механическим приводом, управляемым ЭВМ.<br />
1 — Источник белого света или исследуемый источник;<br />
2 — Линза коллиматора;<br />
3 — Кювета с исследуемым веществом;<br />
4 — Опорный (эталонный) лазер;<br />
5 — Вспомогательные зеркала опорного пучка от лазера;<br />
6 — Фотоприёмник опорного пучка;<br />
7 — Неподвижное зеркало;<br />
8 — Подвижное зеркало;<br />
9 — Механический привод подвижного зеркала;<br />
10 — Объектив фотоприёмника;<br />
11 — Фотоприёмник;<br />
12 — Управляющий и обрабатывающий интерферограмму компьютер;<br />
13 — Светоделительная пластина.](https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:FilePath/Fourier spectrometr-int.svg?width=200 "Схема оптического Фурье-спектрометра.<br />
Фурье-спектрометр представляет собой [[интерферометр Майкельсона]], в котором одно из зеркал выполнено подвижным, что позволяет варьировать разницу хода лучей. Смещение зеркала производится механическим приводом, управляемым ЭВМ.<br />
1 — Источник белого света или исследуемый источник;<br />
2 — Линза коллиматора;<br />
3 — Кювета с исследуемым веществом;<br />
4 — Опорный (эталонный) лазер;<br />
5 — Вспомогательные зеркала опорного пучка от лазера;<br />
6 — Фотоприёмник опорного пучка;<br />
7 — Неподвижное зеркало;<br />
8 — Подвижное зеркало;<br />
9 — Механический привод подвижного зеркала;<br />
10 — Объектив фотоприёмника;<br />
11 — Фотоприёмник;<br />
12 — Управляющий и обрабатывающий интерферограмму компьютер;<br />
13 — Светоделительная пластина.")
Спектроскопия кристаллов
раздел спектроскопии (См. Спектроскопия), посвященный изучению квантовых переходов в системе уровней энергии кристаллических тел и сопутствующих им физических явлений. С. к. - важный источник информации о свойствах и строения кристаллов (См. Кристаллы). Её теоретической основой является квантовая теория твёрдого тела (См. Твёрдое тело). В С. к. широко используется теория групп, которая позволяет учесть свойства симметрии кристаллов (См. Симметрия кристаллов), т. е. установить симметрию волновых функций для энергетических уровней и найти Отбора правила для разрешенных переходов между ними. Для С. к. характерно разнообразие экспериментальных методов, включающих использование низких температур, Лазеров (как источников возбуждения), фотоэлектрического счёта фотонов, модуляционных методов регистрации спектров (см. Спектральные приборы), синхротронного излучения (См. Синхротронное излучение) и т. д.
Многообразие в кристалле частиц и квазичастиц (См. Квазичастицы) с сильно различающимися характерными энергиями обусловливает поглощение и испускание квантов электромагнитной энергии в широком диапазоне частот от радиоволн (См. Радиоволны) до γ-излучения. Малые кванты энергии связаны в основном с магнитными взаимодействиями частиц и изучаются радиоспектроскопическими методами (см. Радиоспектроскопия). Рентгеновская спектроскопия изучает переходы электронов на внутр. оболочки атомов и ионов, образующих кристалл. Гамма-излучение связано с переходами между ядерными уровнями. Однако обычно под С. к. понимают оптическую спектроскопию, охватывающую диапазон электромагнитных волн от далёкой инфракрасной до дальней ультрафиолетовой областей.
В С. к. исследуются спектры поглощения, отражения, люминесценции и рассеяния (см. Спектры кристаллов), а также влияние на них различных внешних воздействий: электрического поля (Штарка эффект), магнитного поля (Зеемана эффект), всестороннего сжатия кристалла и направленных деформаций (пьезоспектроскопический эффект). Исследуется также зависимость спектра кристалла от температуры (изменение структуры, сдвиги и уширения полос, изменения интенсивности) и поляризации света (См. Поляризация света). После поглощения света в кристалле развиваются процессы релаксации (См. Релаксация) и передачи энергии возбуждения. Для их исследования важны временные измерения спектральных характеристик, позволяющие найти времена жизни определённых состояний, времена релаксации и т. д. Если во взаимодействии с излучением принимает участие несколько частиц, взаимодействующих также между собой, то возникают кооперативные явления.
С. к. изучает влияние дефектов в кристаллах (См. Дефекты в кристаллах) (как существующих в реальном кристалле, так и намеренно создаваемых для придания кристаллу определённых свойств, например введением примесей) на их спектры. Спектры тонких кристаллических плёнок и кристаллов малых размеров могут обладать особенностями (влияние поверхности). Наряду с однофотонными процессами при возбуждении кристалла лазерным излучением можно наблюдать также Многофотонные процессы, при которых в одном акте рождается или исчезает несколько фотонов. Изучаются также различные нелинейные эффекты в кристаллах.
С. к. позволяет получить информацию о системе энергетических уровней кристалла, о механизмах взаимодействия света с веществом, о переносе и преобразовании энергии, поглощённой в кристалле, и её изменениях (фазовые переходы (См. Фазовый переход)), о фотохимических реакциях и фотопроводимости (См. Фотопроводимость). С. к. позволяет также получить данные о структуре кристаллической решётки, о строении и ориентации различных дефектов и примесных центров в кристаллах и т. д. На данных С. к. основаны применения кристаллов в квантовой электронике (См. Квантовая электроника), в качестве люминофоров, сцинтилляторов, преобразователей световой энергии, оптических материалов, ячеек для записи информации. Методы С. к. используются в спектральном анализе (См. Спектральный анализ).
Лит.: Феофилов П. П., Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959; Филипс Дж., Оптические спектры твёрдых тел в области собственного поглощения, пер. с англ., [М.], 1968; Ребане К. К., Элементарная теория колебательной структуры спектров примесных центров кристалла, М., 1968; Каплянский А. А., Броуде В. Л., Спектроскопия кристаллов, в кн.: Физический энциклопедический словарь, т. 5, М., 1966; Кардона М., Модуляционная спектроскопия, пер. с англ., М., 1972; Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов, пер. с англ., М., 1964; Пуле А., Матье Ж. - П., Колебательные спектры и симметрия кристаллов, пер. с франц., М., 1973.
Н. Н. Кристофель.
Фотоэлектронная спектроскопия
метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону Эйнштейна, сумма энергии связи вылетающего электрона (работы выхода (См. Работа выхода)) и его кинетическая энергии равна энергии падающего фотона hν (h - Планка постоянная, ν - частота падающего излучения). По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе.
В Ф. с. применяются монохроматическое рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков эв (что соответствует длинам волн излучения от десятых долей Å до сотен Å). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эв в рентгеновской области и до сотых долей эв в ультрафиолетовой области).
Метод Ф. с. применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутренних оболочках образующих их атомов зависят от типа химической связи (химические сдвиги), поэтому Ф. с. успешно применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи. В химии метод Ф. с. известен под название ЭСХА - электронная спектроскопия для химического анализа (ESCA - electronic spectroscopy for chemical analysis).
Лит.: Вилесов Ф. И., Курбатов Б. Л., Теренин А. Н., "Докл. АН СССР", 1961, т. 138, с. 1329-32; Электронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1971.
М. А. Ельяшевич.
Фотоэлектронная спектроскопия
Фотоэлектронная спектроскопия — метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Метод фотоэлектронной спектроскопии применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости).
Wikipedia
Фурье-спектроскопия
Фурье́-спектроскопи́я (англ. Fourier-transform spectroscopy) — совокупность методов измерений спектров различной природы (оптических, ЯМР, ЭПР и др.), в которых спектр вычисляется не по интенсивности сигнала, как например, в призменных спектроскопах, а по отклику во временной (ЯМР, ЭПР, масс-спектроскопия) или пространственной области (для оптических спектроскопов).
Методы Фурье-спектроскопии в пространственной области удобны и часто применяются в оптической спектроскопии, спектроскопии в инфракрасной области (FTIR, FT-NIRS).
Также используются в ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и спектрометрии ЭПР.
Термин Фурье-спектроскопия подчёркивает, что для получения спектра по временному или пространственному отклику спектроскопа требуется произвести Фурье-преобразование. Восстановление спектра с помощью преобразования Фурье требует большой вычислительной мощности и производится с помощью ЭВМ.
В оптических Фурье-спектрометрах используются интерферометры, в которых измеряется интерферограмма двух пучков исследуемого излучения с переменной оптической разностью хода этих пучков. Для получения спектра при измерении интерференции разность хода лучей плавно изменяют, обычно с помощью подвижного зеркала. При изменении разности хода лучей в результате интерференции интенсивность сигнала фотоприёмника изменяется. В опыте записывается сигнал фотоприёмника в зависимости от координаты подвижного зеркала. Массив этих данных представляет собой Фурье-образ спектра в зависимости от разности хода пучков (функцию распределения энергии излучения по частоте) согласно теореме Хинчина — Колмогорова.
