Pomiar widm Ramana monokryształów krzemu (Si) i diamentu (C)
Zagadnienia do opracowania.
- Ruchy jąder w cząsteczkach dwu- i wieloatomowych:
- model oscylatora harmonicznego;
- model oscylatora anharmonicznego.
- Drgania normalne cząsteczek wieloatomowych.
- Widma oscylacyjne cząsteczek wieloatomowych.
- Drgania sieci krystalicznej; fonony optyczne i akustyczne.
- Struktura elektronowa cząsteczek:
- stany elektronowe cząsteczek;
- energie stanów elektronowych;
- orbitale molekularne.
- Pochodzenie pasm energetycznych w ciele stałym:
- Struktura krystaliczna diamentu i krzemu:
- wiązania kowalencyjne;
- symetria kryształu.
- Struktura krystaliczna grafitu i fulerenów.
- Typy wiązań atomów węgla.
- Elektronowe widma pasmowe cząsteczek:
- absorpcja promieniowania;
- zasada Francka-Condona;
- moment przejścia;
- reguły wyboru dla przejść optycznych;
- emisja promieniowania;
- widmo absorpcji w podczerwieni.
- Klasyczna teoria rozpraszania Ramana:
- rozproszenie Rayleigha;
- rezonansowe rozproszenie Ramana;
- widmo rozproszenia ramanowskiego – widmo stokesowskie i antystokesowskie;
- polaryzacja promieniowania rozproszonego.
- Układy doświadczalne do badania widm Ramana:
- monochromator – układ optyczny i zasada działania;
- budowa i zasada działania laserów;
- fotopowielacz – budowa i zastosowanie.
Zestaw przyrządów
- Spektrometr ramanowski LabRam Aramis firmy Horiba Yobin Yvon.
- Kamera CCD Synapse firmy Horiba Yobin Yvon.
- Joystick sterowania stolikiem XYZ mikroskopu.
- Dwa oświetlacze mikroskopu dla próbek przeźroczystych i nieprzeźroczystych.
- Transformator.
- Zasilacz do stolika XYZ mikroskopu.
- Zasilacz kamery CCD.
- Zasilacze laserów: He-Ne i YAG:Nd.
- Zestaw komputerowy.
Literatura
- C. Kittel – „Wstęp do fizyki ciała stałego”, PWN, Warszawa 1999.
- J.P. Simons – „Fotochemia i spektroskopia”, PWN, Warszawa 1976.
- Z. Kęcki – „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN, Warszawa 1992.
- „Fotochemia i spektroskopia optyczna, ćwiczenia laboratoryjne”, pod redakcją J. Najbara,
A. Turka, PWN, Warszawa 2009. - H. Haken, H. C. Wolf – „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN, Warszawa 2010.
- P. Kowalczyk – „Fizyka cząsteczek”, PWN, Warszawa 2000.
- E.U. Condon & G. H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne, 1991.
- J. R. Ferraro, K. Nakamoto, C. W. Brown – “Introductory Raman Spectroscopy”, Elsevier, 2003.
- R. L. Mc Creery – “Raman Spectroscopy for Chemical Analysis” in Chemical Analysis v. 157, editor J. D. Winefordner.
- Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley, 2004.
- H. Haken, H.Ch.Wolf – “Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry”, Springer 1995.
- J.P. Simons – “Photochemistry and Spectroscopy”, Wiley, 1971.
- F. Mayinger, O. Feldmann – “Optical Measurements”, Springer, 2001.
Raman spectra of single crystals of silicon (Si) and diamond (C)
Background theory
- Motion of nuclei in diatomic and polyatomic molecules:
- harmonic oscillator model;
- anharmonic oscillator model.
- Molecular vibrations of polyatomic molecules.
- Oscillating spectra of polyatomic molecules.
- Lattice vibrations, optical and acoustic phonons.
- Electron structure of molecules:
- electron states in molecules;
- energies of electron states;
- molecular orbitals.
- Origin of energy bands in solids:
- Crystal structure of diamond and silicon:
- covalent bonds;
- crystal symmetries.
- Crystal structure of graphite and fullerenes.
- Types of bonds in carbon atoms.
- Electronic band spectra of molecules:
- absorption of radiation;
- Franck-Condon principle;
- transition moment;
- selection rules for optical transitions;
- emission of radiation;
- infrared absorption spectrum.
- Classical theory of Raman scattering:
- Rayleigh scattering;
- Raman resonance scattering;
- Raman scattering spectrum – Stokes and anti-Stokes spectrum;
- polarisation of scattered radiation.
- Experimental setups to study Raman spectra:
- monochromator – optical system and principle of operation;
- design and operation of lasers;
- photomultiplier tube – construction and use.
Apparatus
- LabRam Aramis Raman spectrometer from Horiba Yobin Yvon.
- Synapse CCD camera from Horiba Yobin Yvon.
- Control joystick for the microscope’s adjustable sample table.
- Two microscope illuminators for transparent and opaque samples.
- Transformer.
- Sample table power supply.
- CCD camera power supply.
- He-Ne and YAG:Nd lasers’ power supplies.
- Computer.
Literature
- E.U. Condon & G. H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra “, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne, 1991.
- J. R. Ferraro, K. Nakamoto, C. W. Brown – “Introductory Raman Spectroscopy”, Elsevier, 2003.
- R. L. Mc Creery – “Raman Spectroscopy for Chemical Analysis” in Chemical Analysis v. 157, editor J. D. Winefordner.
- Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley, 2004.
- H. Haken, H.Ch.Wolf – “Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry”, Springer 1995.
- J.P. Simons – “Photochemistry and Spectroscopy”, Wiley, 1971.
- F. Mayinger, O. Feldmann – “Optical Measurements”, Springer, 2001.
Dodaj komentarz
Chcesz się przyłączyć do dyskusji?Feel free to contribute!