mphy_ParticlePhysics_PeiYJ_141118-SR3

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1、同步辐射应用及新光源发展同步辐射应用及新光源发展同步辐射应用同步辐射应用 科学的进步与人类对光的认识紧密相关。在人类科学的进步与人类对光的认识紧密相关。在人类进化的漫长岁月中，光的各种奇异现象使人类认识了进化的漫长岁月中，光的各种奇异现象使人类认识了自然，也发展了自己。在这认识自然的文明史中，人自然，也发展了自己。在这认识自然的文明史中，人的视觉器官也达到了高度的完善，并凭借着视觉器官的视觉器官也达到了高度的完善，并凭借着视觉器官和光发现了自然规律和征服自然。光在人类生活中已和光发现了自然规律和征服自然。光在人类生活中已不可缺少，以致于在人类历史上产生了种种与光相关不可缺少，以致于在人类历史上

2、产生了种种与光相关的神话故事和传说，这也促使人们对光进行多方面的的神话故事和传说，这也促使人们对光进行多方面的科学探索和研究并加以利用。最早研究光现象的是我科学探索和研究并加以利用。最早研究光现象的是我们中国人。据文字记载，我国古代伟大的物理学家墨们中国人。据文字记载，我国古代伟大的物理学家墨翟（约公元前翟（约公元前468-382年）在所著的墨经上就讲到光年）在所著的墨经上就讲到光沿直线行进和针孔造像原理。这比古希腊欧几里德关沿直线行进和针孔造像原理。这比古希腊欧几里德关于光的反射律的记载早于光的反射律的记载早100 多年。在以后的年代里，多年。在以后的年代里，对光的属性不断深入研究，发现了光

3、的各种特性，并对光的属性不断深入研究，发现了光的各种特性，并利用其特性发明了各种光学仪器。利用其特性发明了各种光学仪器。人们借助于这些仪人们借助于这些仪器不断扩大了人的视觉器官的功能，深化了人类对物器不断扩大了人的视觉器官的功能，深化了人类对物质世界的认识质世界的认识。 为了更广泛、深入地为了更广泛、深入地认识自然，人们已意识到认识自然，人们已意识到自然光源限制了认识范围，自然光源限制了认识范围，迫使人们发明或发现新的迫使人们发明或发现新的光源，如各种灯、弧光光光源，如各种灯、弧光光源、激光以及同步辐射光源、激光以及同步辐射光源等。这些光源的诞生，源等。这些光源的诞生，使人们的认识不断扩大，使

4、人们的认识不断扩大，小至基本粒子大至宇宙。小至基本粒子大至宇宙。每一种新的光源的出现，每一种新的光源的出现，不但开拓了新的研究领域，不但开拓了新的研究领域，而且还导致重大的发现。而且还导致重大的发现。右图是不同方法产生的辐右图是不同方法产生的辐射（电磁波辐射）所对应射（电磁波辐射）所对应的可观测的物体简表的可观测的物体简表。 应用概述应用概述 同步辐射光照射在样品上会产生各种效如右图所示。利同步辐射光照射在样品上会产生各种效如右图所示。利用这些应可进行各种研究。用这些应可进行各种研究。 同步辐射光照射在样品上会产生同步辐射光照射在样品上会产生各种效应，如右图所示。利用这些效应可进行各种研究。各

5、种效应，如右图所示。利用这些效应可进行各种研究。 SR 散射 反射 次级发射 透射、折射、吸收 次级发射次级发射 散射散射 化学效应化学效应 辐射效应辐射效应 加工加工光电子光电子 弹性散射弹性散射 沉积沉积 辐射损伤辐射损伤 光刻光刻LIGA俄歇电子俄歇电子 非弹性散射非弹性散射 反应反应 CVD萤光萤光 x-ray衍射衍射 x-ray 激发加工激发加工 磁散射磁散射 光电子衍射光电子衍射 应用举例应用举例 同步辐射的应用范围之广是前所未有的，同步辐射的应用范围之广是前所未有的，几乎所有的现代科学领域都可以利用它进行几乎所有的现代科学领域都可以利用它进行研究。如她在物理学、化学、生物学、材料

6、研究。如她在物理学、化学、生物学、材料科学、医学、农学、微机械和电子工业等有科学、医学、农学、微机械和电子工业等有着广泛的应用。这里仅选其一部分内容向大着广泛的应用。这里仅选其一部分内容向大家介绍。家介绍。SR-02.AVI1、光电子能谱学 物体受到光源照射后所激发出来的电子称为物体受到光源照射后所激发出来的电子称为光电子。从这些光电子的能量及动量的分布情况，光电子。从这些光电子的能量及动量的分布情况，可以了解许多物理和化学现象，这一门科学被称可以了解许多物理和化学现象，这一门科学被称为光电子能谱学（为光电子能谱学（Photoelectron Spectroscopy)。它不仅可探测固体内以及

7、表面或界面的电子能带它不仅可探测固体内以及表面或界面的电子能带结构，而且还可以探测原子与分子的电子组态以结构，而且还可以探测原子与分子的电子组态以及它们在固体表面所形成的化学结构。因此光电及它们在固体表面所形成的化学结构。因此光电子能谱学在固体物理、表面物理以及化学等方面，子能谱学在固体物理、表面物理以及化学等方面，如半导体物理、金属材料、磁性薄膜、化学吸附、如半导体物理、金属材料、磁性薄膜、化学吸附、催化反应以及超导体等，将起着重要作用。催化反应以及超导体等，将起着重要作用。PL of S-passivated GaAsPL of S-passivated GaAs0 2 4 6 8 10

8、12 14 Effective Magnetization(kOe)0 5 10 15 20 25 30 Coverage (A) Fe on S-passivated GaAs Fe on non-passivated GaAsMagnetic overlayer Fe on S-GaAsMagnetic overlayer Fe on S-GaAs2、光吸收能谱学、光吸收能谱学 从光的反射与透射来计算光吸收时的光吸收能谱学从光的反射与透射来计算光吸收时的光吸收能谱学(Photon Absorption Spectroscopy)除了研究原子、分子除了研究原子、分子的振动、转动及电子能级的跃

9、迁外，借以同步辐射的可调的振动、转动及电子能级的跃迁外，借以同步辐射的可调性，已发展出一个极为重要的分析方法：广延性，已发展出一个极为重要的分析方法：广延X射线吸收精射线吸收精细结构细结构EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure)，这种方法能鉴别非晶格物体或浓度甚低时，原，这种方法能鉴别非晶格物体或浓度甚低时，原子与周边原子间的距离（精度可达子与周边原子间的距离（精度可达0.10.02）。该方法应）。该方法应用于生物的金属蛋白质用于生物的金属蛋白质(metalloproteins)结构研究，远优结构研究，远优于其他方法。吸收边于其他方法。吸

10、收边(absorption edge)形成的原因是由于形成的原因是由于SR光源的波长光源的波长(能量能量)通过单色仪逐渐精细地调到某一特定通过单色仪逐渐精细地调到某一特定波长时，样品原子中某一特定能级的电子因获得高于其束波长时，样品原子中某一特定能级的电子因获得高于其束缚能的能量而被游离出来，而且会吸收大量的照射光源，缚能的能量而被游离出来，而且会吸收大量的照射光源，这就是吸收边缘，通常以电子壳层这就是吸收边缘，通常以电子壳层K，L，M，等表示。等表示。XAFS for GaN Photo-absorption,-ionization,and Photo-absorption,-ionizat

11、ion,and -dissociation of -dissociation of Mo(CO)Mo(CO)6 6 moleculemolecule3、XRAY心血管照相术心血管照相术(Coronary Angiography) 利用利用X-Ray血管照影可以观察心脏血管阻塞情血管照影可以观察心脏血管阻塞情形。普通形。普通X-光源强度较弱。需把注射碘的导管直接光源强度较弱。需把注射碘的导管直接导入到心脏，病人较痛苦，而其注射的碘较多，具导入到心脏，病人较痛苦，而其注射的碘较多，具有一定的危险性。若用同步辐射观察，只需将少量有一定的危险性。若用同步辐射观察，只需将少量的碘注射到血液中，用不同的波