Neutron Scattering with a Triple-Axis Spectrometer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Shirane Gen

出品人:

页数:284

译者:

出版时间:2006-05-11

价格:USD 55.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521025898

丛书系列:

图书标签:

• 2011
• 中子散射
• 三轴谱仪
• 凝聚态物理
• 材料科学
• 晶体结构
• 磁性材料
• 准弹性散射
• 非弹性散射
• 谱学
• 散射技术

凝聚态物理研究中的中子散射技术：理论基础与实验应用 本书旨在为凝聚态物理、材料科学和核物理等领域的研究人员和学生提供一本全面而深入的参考书，重点阐述利用中子散射技术研究物质结构和动态性质的理论基础、实验方法及其在尖端科学研究中的广泛应用。 本书结构严谨，内容覆盖从基础物理原理到复杂实验设置与数据分析的全过程，力求构建一个清晰、连贯的知识体系，使读者不仅掌握技术操作，更能深刻理解其背后的物理学意义。 第一部分：中子散射的基础物理与理论框架 第一章：中子的基本性质与量子力学基础 本章首先回顾中子的质量、自旋、磁矩等基本属性，并着重探讨其中子作为一种探测粒子的独特性质，尤其是其极强的穿透能力和对原子核及磁矩的敏感性。随后，详细阐述中子散射的量子力学基础，包括费米黄金定则、散射截面（微观和宏观）的定义及其与势能的关联。重点讨论布拉格散射与非弹性散射的物理图像差异。 第二章：散射截面与结构因子 本章深入解析描述中子散射过程的核心数学工具——散射截面。我们将区分相干散射截面 ($frac{d^2sigma}{dOmega dE'}$) 和非相干散射截面，并详细解释它们如何分别携带有关物质的结构信息和动态信息。对于晶体材料，将推导结构因子（Structure Factor）的表达形式，明确其与原子位置、占有率以及温度因子（Debye-Waller因子）的关系。对于磁性材料，则引入磁结构因子，阐述如何通过磁散射来确定磁序的类型和大小。 第三章：相互关联函数与动态性质 本章转向非弹性散射，探讨如何利用中子能量转移信息来探测物质的动态过程。核心内容聚焦于时间和空间相关的对关联函数（Time- and Space-Dependent Correlation Functions）。详细推导并讨论了原子或磁性激发（如声子、磁振子、自旋波）的谱函数（Spectral Function）与动态结构因子 $S(mathbf{Q}, omega)$ 之间的关系。解释了广义的兰道准粒子理论在描述低能激发中的应用。 第四章：中子源的类型与特性 本章对当前主流的中子源技术进行比较分析。首先介绍反应堆中子源的工作原理、中子通量特点以及其在稳定束流实验中的优势。随后，详细阐述散裂中子源的原理（包括加速器驱动系统和靶材料选择），重点分析脉冲中子束流的特点，及其在脉冲中子技术（如时间飞行法）中的应用潜力。最后，简要讨论新型概念源的进展。 第二部分：实验技术与数据采集 第五章：中子束流的单色化与准晶体激发 本章聚焦于如何从连续或脉冲束流中获得特定能量的中子。详细讨论晶体单色化器的选择标准（包括晶体材料、布拉格角和衍射效率），以及如何处理由单色化过程引入的背景和非准直效应。对于准晶体和无序系统，本章探讨如何通过调整中子波长或使用多波长技术来解析复杂的结构信息。 第六章：散射几何与仪器设计原理 本章系统介绍不同类型的中子散射仪器的基本设计理念。 衍射仪（Diffractometers）：介绍用于粉末和单晶衍射的平面探测器和点探测器阵列的布局，以及如何优化散射角覆盖范围和背景抑制。 反射仪（Reflectometers）：重点讲解中子小角散射（SANS）和中子反射技术，用于研究界面、薄膜和软物质的结构，包括关键的爱根比-布拉格（Ewald Sphere）几何限制。 中子光谱仪：阐述如何设计准弹性或非弹性散射实验，包括能量分析器的配置（如回转晶体分析器、能道筛选器等）。 第七章：中子探测器的原理与性能 本章深入探讨中子探测技术。详细描述不同类型中子探测器的工作原理，包括气体充注探测器（如$^3 ext{He}$管）、闪烁体探测器（如Li-掺杂玻璃）和半导体探测器。关键讨论参数，如中子探测效率、空间分辨率、时间分辨率，以及如何通过多维阵列探测器实现高通量的数据采集。 第三部分：实验应用与数据分析 第八章：结构研究：晶体结构与磁结构 本章将理论与实践相结合，详细介绍如何利用中子衍射数据确定材料的原子结构。 晶体结构精修：重点讲解Rietveld精修方法，如何将计算模型与实验衍射峰进行拟合，提取晶格参数、原子位置、占有率和温度因子。 磁结构确定：阐述如何区分和解析磁性峰（磁散射峰）与核散射峰，利用磁结构模型（如反铁磁、螺旋磁序）进行精修，确定磁结构单元和磁矩方向。 第九章：动态研究：声子谱与自旋激发 本章聚焦于非弹性中子散射（INS）实验的数据处理和物理解释。 声子谱测量：介绍如何从 $S(mathbf{Q}, omega)$ 谱图中提取声子色散关系。讨论实验中常见的能量分辨率限制和背景扣除技术。 磁激发研究：详细分析如何利用中子谱仪探测磁振子、自旋液体中的激发模式，以及短程关联效应。探讨如何从谱图中分离出准粒子峰和连续谱（Continuum Spectrum）。 第十章：软物质、生物体系与薄膜研究 本章扩展中子散射在复杂和低对称性系统中的应用。 软物质与聚合物：介绍SANS如何探测胶体、液晶和聚合物链的尺度依赖性结构（从纳米到微米尺度）。 水合作用与扩散：阐述准弹性中子散射（QENS）在研究分子扩散、离子迁移和氢原子运动中的独特优势，以及如何用它来确定扩散的机制和激活能。 薄膜与界面：讲解中子反射（NR）和极化中子反射（PNR）技术在确定多层膜厚度、界面粗糙度和磁性深度剖面方面的应用。 第十一章：偏振中子技术与磁相互作用 本章专门讨论利用中子自旋来区分核散射和磁散射的先进技术。详细介绍如何产生和分析偏振中子束流，并推导磁散射的磁化因子和磁结构因子。讨论如何利用偏振分析器和磁场控制来解析复杂的磁耦合机制，例如多磁畴结构的识别和磁性相变的临界行为。 第十二章：先进数据分析工具与模拟方法 本章最后总结现代中子散射研究中依赖的计算工具。介绍常用的结构精修软件（如GSAS, FullProf）和动态谱分析工具。重点阐述蒙特卡罗模拟（如McStas或其等效工具）在模拟复杂仪器的响应函数和预测实验结果方面的关键作用，以及如何利用密度泛函理论（DFT）或动力学平均场理论（DMFT）的结果来指导和解释中子散射数据。 --- 本书的理论深度和广度兼顾，旨在使读者能够独立设计、执行尖端的中子散射实验，并对所获得的复杂数据进行深入的物理诠释。

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