固体物理实验方法

课程编码：070200M02049H 英文名称：Experimental Methods of Solid State Physics 课时：60 学分：3.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：谷林等

本课程为凝聚态物理学专业及其相关专业的同学们在掌握固体物理的基础上，要求学生掌握若干固体物理实验方法的基本原理，设备的基本结构，分析方法及其应用领域，为研究生进入论文阶段提供必要的实验技术基础。
要求： 通过本课程的教授，让研究生了解固体物理学研究的对象种类，及其研究内容丰富多彩（如晶体结构、晶格动力学、电子态及运动，各种元激发，杂质与缺陷，各种物理性质（力、热、声、光、电和磁学性质）及其耦合等，此外还有体特征和表面和界面性质等。了解实验测量上述基本物理性质可用的科学仪器，及其这些科学仪器基本原理和使用方法。

固体物理

第一章 电子显微方法探索原子尺度结构与电子结构 8学时 郭沁林
第1节 电镜发展历史与球差校正
第2节 球差电镜中环形明场想对Li等轻元素成像
第3节 价电子能量损失谱
第4节 原位电子显微学
第二章 扫描量子隧道显微谱学 8学时 郭沁林
第1节 量子隧道谱学的基本原理与设备发展史
第2节 低温扫描量子隧道显微镜
第3节 低温扫描量子隧道显微谱学在非常规超导研究中的应用，铜基超导体和铁基超导体
第4节 与扫描隧道显微镜相关的实验方法-扫描探针显微镜（SPM）及其它
第三章 电子能谱原理与应用 8学时 郭沁林
第1节 电子能谱总论
第2节 XPS原理及设备构造
第3节 AES的物理原理、设备构造及数据分析
第4节 UPS与XPS的比较和注意事项
第四章 固体X射线学及其应用 8学时 郭沁林
第1节 X射线衍射基本原理
第2节 X射线衍射常用实验装置及样品准备方法
第3节 单晶衍射、粉晶衍射和点阵常数的测定
第4节 薄膜衍射、中子衍射和径向分布函数的确定
第五章 热分析方法及其在固体物理研究中的应用 8学时 郭沁林
第1节 热分析技术发展史及物理基础，常用术语，基本原理，热重分析及动力学
第2节 差热分析与差示扫描量热法，比热容的卡计测量
第3节 热机械相关的材料物理力学等测量技术，最新的速闪热分析和原子力显微镜相关的微纳米热分析技术等
第4节 热分析应用举例，常用基本分析方法和实验中应注意的问题，商用热分析仪简介
第六章 喇曼光谱及应用 8学时 郭沁林
第1节 光散射的唯像描述与原理
第2节 非弹性散射的基本特点
第3节 拉曼散射谱仪基本构造与进展
第4节 拉曼光谱学在科研中的应用
第七章 角分辨光电子能谱及应用 8学时 郭沁林
第1节 角分辨光电子能谱的历史与基本理论
第2节 角分辨光电子能谱在一维体系中的应用
第3节 角分辨光电子能谱在二维体系中的应用
第4节 角分辨光电子能谱在三维体系中的应用
第八章 期末考试 2学时 郭沁林
第1节 期末考试

谷林,中国科学院物理研究所研究员，从事电子显微学方法研究近20年。2002年清华大学本科毕业，启蒙于我国电子显微学专家朱静院士。2005年获得美国亚利桑那州立大学（Arizona State Univ.）博士学位，导师David J. Smith教授。2006 - 2009年在德国斯图加特马普金属所与合作导师Manfred Rühle教授工作期间，实现了价电子能量过滤扫描透射电子显微术。2009 -2010在日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构与合作导师幾原雄一教授工作期间，发展了球差校正环形明场成像技术，实现了原子尺度电化学脱嵌锂离子的直接观测。从2010年底起回到中科院物理所先进材料和结构分析实验室。当选为中国科学院留学人员联谊会（中国科学院欧美同学会）第一届理事会常务理事；中国晶体学会第六届理事；中国电子显微学会第九届、第十届常务理事；国际电化学能源科学院理事；英国物理学会J. Phys. Condens. Matter期刊材料物理板块主编；美国科学出版社Materials Express期刊副主编；Wiley出版社Annalen der Physik编委；中国科协《科技导报》编委。Elsevier出版社Science Bulletin编委。

郭沁林, 1978 年毕业于北京大学化学系；1981年获北京大学物理化学硕士学位；1994 年获北京大学物理化学博士学位。1981年至1999年在北京大学物理化学研究所任职。1999年调入物理所。曾多年在丹麦、德国和美国从事表面科学研究。现任中国科学院物理研究所研究员,博士生导师。用各种真空表面分析技术，包括电子谱仪（AES, EELS, HREELS, LEED）, 光电子能谱仪 (XPS, UPS, and Synchrotron Beam), 离子谱仪(ISS and SIMS), 扫描隧道显微镜（STM），程序升温脱附谱(TPD)等，对各种固体材料进行表面物理和表面化学的研究工作。研究内容涉及表面分散，表面组成和结构，材料的电子结构，表面吸附及脱附，催化过程和催化机理，原子、分子与固体表面的相互作用，纳米薄膜制备等。近年来，重点开展各种有序氧化物薄膜的研制和对小分子（如CO、H2O）的吸附研究工作。主要课题集中在有序氧化物薄膜的研制以及分子、原子与固体表面的相互作用上。

潘明祥，中国科学院物理研究所研究员、博士生导师。1992年中科院物理研究所获凝聚态物理专业博士学位。主持及参与国家载人航天工程空间材料科学，863计划非晶磁性材料，国家自然科学基金委、科技部及北京市科委关于金属块体非晶的重点及重大多个项目。负责制定过我国载人空间站空间应用系统空间材料科学领域实施方案论证、我国空间科学先导专项空间微重力材料科学分领域发展规划、基金委空间科学发展战略-空间材料科学分领域发展战略。主要从事空间环境下的材料物理过程研究，多组元块体非晶合金的制备、高压下的结构相变、结构驰豫与焓恢复和物性等研究，并在新型块体金属玻璃的合成、结构特征及微观物理力学性质等方面在国际上做出了有特色的工作。在Science、Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.、J. Phys. Chem. Lett.、Sci. Report和Acta Mater.等学术期刊上发表论文超过150篇，获美国及中国授予的国家发明专利30多项。获国家自然科学二等将1项、航空工业总公司科技进步二等奖1项。

潘庶亨，2001年被休斯顿大学物理系聘为终生正教授及德州超导中心Robert A.Welch 冠名正教授。2011年起任中国科学院物理研究所杰出研究员，博士生导师，国家特聘专家。曾在若干世界著名实验室中研发并创建了多台世界领先的超高精度低温STM系统，并对低温技术及扫描量子隧道电镜的研制及开发有创新理念和技术，并被国际同行研究组广泛采用。率先将量子扫描隧道谱技术（STS）在强关联材料中的应用提高到原子尺度空间分辨率，使低温STM/S成为研究强关联电子材料物理机制的一项重要实验手段。

刘玉龙，中科院物理研究所研究员。1995年至今曾任中国科学院大学岗位教授，主讲教授，2014年-2016年6月任中国科学院重庆绿色智能技术研究院智能装备与仪器仪表研究中心主任。 2005-2013年为中科院物理研究所分析测试部的负责人。2001年至2008年任中国物理学会第五、六届光散射专业委员会秘书长，2009年-2013年任中国物理学会第七届光散射专业委员主任委员。2008年至今任中国《光散射学报》常务副主编。1986-1989年在意大利国家研究中心固体电子学研究所任访问教授。1992年至2010年在香港城市大学任客座研究员，访问教授。在中科院物理研究所工作40年来，主要从事功能材料的拉曼散射和布里渊散射光谱学的研究。先后主持或参加了科技部的国家重大科学仪器装备专项、“973”项目和国家自然科学基金等国家级项目，及中科院相关研究项目。参与的项目曾先后获得中科院自然科学二、三等奖和国家优秀专利奖。在SCI 等相关学术刊物上发表150余篇研究和研制的论文。承担科技部的国家重大科学仪器专项，与天津港东科技有限公司研制出了与世界水平相当的高分辨共焦显微拉曼光谱仪，并且实现了产业化生产。

赵林，中科院物理研究所，副研究员，博导。凝聚态物理专业，长期从事深紫外激光角分辨光电子能谱系统研制和非常规超导体的角分辨光电子能谱研究。截至目前发表SCI论文百余篇，他引总次数 4300余次， H因子33;以第一，共同一作/通讯作者发表论文20多篇，含Nat. Mater., Nat. Comm., PNAS, PRX等，获2015年国家自然科学二等奖（3/5），2019年，基金委优秀青年基金，2021年中科院青促会优秀会员。多次讲授角分辨光电子能谱的原理和应用的高年级博士课程。

金士锋，2010 年5 月获中国科学院物理研究所博士学位。2010 年7 月起至今，在中国科学院物理研究所功能晶体研究与应用中心从事新型功能材料研究。一直致力于功能晶体材料结构与物性的研究工作，对利用X-射线衍射和物理性能测试等方法研究材料的合成、相关系、晶体结构以及使用各种方法生长晶体有多年的经验。目前主持国家自然科学基金两项，作为主要参加人，先后参与国家自然科学基金重点基金两项及国家自然科学面上基金一项。在国内外重要SCI 期刊上发表论文二十余篇，其中以第一或通讯作者在JACS，Angew. Chem. Int. Ed., Inorg. Chem.等刊物发表论文多篇，论文他引500 余次。