第1章 拉曼光谱学的基础知识
第2章 光散射的基本理论
第3章 拉曼光谱的实验基础
第4章 现代拉曼光谱学介绍 I
— 基于光谱特性分类的新拉曼光谱学分支
第5章 现代拉曼光谱学介绍 II
— 基于应用对象分类的新拉曼光谱学分支
在过去的20多年中,新的纳米结构不断出现,相应的拉曼光谱研究也紧随着展开。利用普通拉曼光谱实验测量的纳米结构样品尺寸最大只有1000 nm,然而,拉曼散射光来自于物质中与原子和分子相关的对象,例如分子中的化学键和固体中的如声子、电子、磁振子、极化子等元激发。因此,拉曼光谱的研究对象是在原子和分子水平上的,这意味着纳米结构的拉曼光谱研究并没有受到样本的纳米尺度的影响,纳米材料的显微结构和内部运动的信息用拉曼光谱很容易直接得到,这也是拉曼光谱对纳米结构研究的优势。另一方面,由于拉曼光谱技术的不断进步,它的检测灵敏度提高了一百万倍以上,空间分辨率可以达到几个纳米,导致“历史”的拉曼仪器成为当今“流行”的实验仪器,而被广泛使用。
由于上述两方面原因,越来越多的非拉曼光谱学领域的学者加入到拉曼光谱研究队伍中来,特别是在纳米材料领域。同时,当今对纳米结构的研究热情,也使原先拉曼光谱领域的许多学者也加入到纳米结构拉曼光谱学研究的行列中。这两个群体往往分别缺乏拉曼光谱和纳米结构的知识。加之,这两个群体也希望了解纳米结构拉曼光谱的基本特征、发展和最新状态。显然,这就需要有一本书,它能够提供目前的拉曼光谱、纳米结构和纳米结构拉曼光谱相关的基本知识,这样人们就可以在“前人的肩膀”上较快的到达科学和技术的前沿水平。这本书的出版就是希望它确实能满足上述需求。
从20世纪70年代后期,我开始了拉曼光谱学的研究工作。由于当时有限的科研经费,我的研究工作开始于需要在一个过时的棱镜光谱仪基础上开发出一个激光拉曼光谱仪器。结果,它被成功地研制出来。开发成功一方面标志着在中国的实验室有了第一台激光拉曼光谱仪,同时也使我得到了第一手的实验技术。使得后来我能够通过以自制的元件取代进口商业大型拉曼光谱仪的光学元件,如样品光路和原有的数据采集和处理系统,来改造大型商业拉曼光谱仪,提高原先的商业拉曼光谱仪的性能,例如,可以在3~120 cm-1的既极低波数又宽光谱范围内测量拉曼光谱。这些成果也为后来高水平的纳米结构拉曼光谱研究打下了一个良好的技术基础。1985年,我作为伊利诺伊大学香槟分校克莱因研究组的访问学者和美国能源部材料研究实验室的客座副教授,把我的研究工作转向了超晶格的拉曼光谱学研究,这也标志着我开始了纳米结构的拉曼光谱学研究工作。在二十个世纪的最后几十年,我一直没有离开这个领域,因此我看到了许多里程碑式的纳米结构的诞生,如多孔硅、碳纳米管、纳米金刚石颗粒、极性半导体SiC纳米棒、纳米ZnO等,并在纳米结构拉曼光谱领域留下我的足迹。当拉曼光谱仪器逐渐流行时,越来越多的人加入到拉曼光谱研究的行列,同时也迫切想学习和了解拉曼光谱学的基本原理。因此,从上世纪90年代开始,我经常被邀请去各学术单位作演讲。例如, 1998年之后,两年一届的国际拉曼光谱学大会邀请我就我做的纳米半导体拉曼光谱学成果作了六次邀请报告。此外,还应邀作了一些评述性的学术报告。在上述工作基础上,2008年我出版了一本关于拉曼光谱和纳米半导体的中文书“拉曼光谱学与低维纳米半导体”,2009年我应邀在中国科学院研究生院讲授了一学期“拉曼光谱学基础”的研究生课程。上述工作基础使我能够接受威利(Wiley)出版社基于其他科学家推荐的邀请,写这本英文“拉曼光谱学及其在纳米结构中的应用”的书,奉献给该领域的我的老同事和新同事。
北京大学物理学院教授,长期从事此领域研究,发表多篇在国际有影响力的论文。许应瑛,博士毕业于北大物理学院,目前在北航任教。
本书译自张树霖教授应Wiley出版社邀请撰写并在2012年出版的Raman Spectroscopy and its Application in Nanostructures一书。为更好适应不同基础读者的不同需要,本书将原书的上、下两卷分上、下两册出版。上、下两册分别着重于阐述拉曼光谱学的基础和纳米结构的拉曼光谱学研究。上册主要集中于拉曼光谱学的基础,致力于给初涉该领域的学者对拉曼光谱学有一个较完整的知识架构和明确概念。而涉及纳米结构拉曼光谱学方面的内容将留待下册介绍。