本书旨在倡导计量谱学工程以获取前所未及的有关化学键-电子-声子-物性受激关联弛豫的定量和动态信息。主要涉及电子发射和衍射以及多场声子谱学分析原理、积分差谱专利技术、局域键平均近似、化学键受激弛豫、氢键非对称耦合振子对、非键电子极化等理论方法。通过改变原子配位、受力、冲击、受热、掺杂、水合、电磁辐射等对哈密顿量中的晶体势进行微扰以实现振动声子频率和电子能级的偏移。解析这些偏移并获得诸如键长、键能、孤立原子轨道能级、成键电子局域钉扎、非键电子极化、原子结合能、结合能密度、德拜温度、弹性模量以及配位键振动特征转变等基本因变信息以确定相应的物理参量，并揭示物质行为规律以实现有效控制。
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序
符号表
第一篇 电子发射计量谱学：量子钉扎与极化
第1章 第一篇绪论 3
1.1 概述 3
1.1.1 配位键和价电子 3
1.1.2 面临的挑战 8
1.1.3 结合能的偏移机理 10
1.2 本篇主旨 11
1.3 内容概览 11
参考文献 13
第2章 化学键-电子-能量关联理论 23
2.1 原子配位数的类型 23
2.2 哈密顿量和能级分裂 24
2.3 键弛豫-非键电子极化-局域键平均理论 26
2.3.1 局域哈密顿量 26
2.3.2 低配位原子的键弛豫与极化 28
2.3.3 异质配位原子的钉扎与极化 31
2.3.4 非常规配位效应 32
2.4 价带与非键态 33
2.4.1 价电子态密度 33
2.4.2 四面体成键的价带态密度 34
2.4.3 非键态 34
2.5 定量分析方法 35
2.5.1 非常规原子配位 35
2.5.2 局域能量与原子结合能 36
2.6 总结 36
参考文献 37
第3章 电子发射谱表征方法 40
3.1 能带结构与电子动力学 40
3.2 非键和反键态的STM/S表征 41
3.3 能级偏移的PES和AES表征 42
3.3.1 ARPES 42
3.3.2 PES与AES 43
3.4 俄歇光电子关联谱 44
3.4.1 俄歇参数 44
3.4.2 能级相对偏移 45
3.4.3 化学状态图的拓展 45
3.5 选区光电子能谱提纯技术 46
3.5.1 分析方法 46
3.5.2 定量信息 47
3.6 总结 47
参考文献 47
第4章 固体表皮 50
4.1 XPS谱学信息 50
4.2 BOLS-TB 理论 52
4.3 XPS能谱解析 53
4.3.1 面心立方：Al、Ag、Au、Ir、Rh、Pd 53
4.3.2 体心立方：W、Mo、Ta 57
4.3.3 金刚石结构：Si、Ge 59
4.3.4 密排六方：Be、Re、Ru 60
4.4 局域能量密度和原子结合能 62
4.5 总结 64
参考文献 64
第5章 吸附、缺陷与台阶边缘 69
5.1 XPS与STM实验实例 69
5.2 吸附原子的ZPS解析 72
5.3 台阶边缘的ZPS解析 74
5.3.1 原子排布 74
5.3.2 Rh(110)和 Rh(111)台阶边缘 75
5.3.3 W(110)台阶边缘 77
5.3.4 Re(0001)和 Re(1231)台阶边缘 79
5.3.5 Re(1231)氧吸附台阶边缘 80
5.4 总结 82
参考文献 82
第6章 原子链、团簇与纳米晶体 86
6.1 实验现象 86
6.2 键弛豫理论与紧束缚近似 87
6.3 Au 87
6.3.1 链末端与边缘极化的STM/S-DFT解析 87
6.3.2 PES 的解析 89
6.3.3 BOLS-TB理论的定量解析 90
6.4 Ag 91
6.4.1 吸附原子的极化 91
6.4.2 AES的能级偏移 92
6.4.3 高定向热解石墨的TB解析 92
6.5 Cu 95
6.5.1 量子钉扎和极化的STM/S-PES-DFT解析 95
6.5.2 APECS的能级偏移 96
6.5.3 BOLS-TB理论的定量解析 97
6.6 Ni 100
6.6.1 表皮量子钉扎的NEXAFS-XPS解析 100
6.6.2 APECS的能级偏移 101
6.6.3 BOLS-TB-ZPS 的综合解谱 102
6.7 Li、Na、K 103
6.7.1 Na 2p与K 3p的电子钉扎效应 103
6.7.2 配位诱导能级偏移 105
6.7.3 表皮尺寸效应 105
6.8 Si、Pb 109
6.8.1 Si 2p能级与价带的量子钉扎 109
6.8.2 Pb 5d的能级偏移 110
6.9 Co、Fe、Pt、Rh、Pd 112
6.9.1 Co岛群的量子钉扎 112
6.9.2 Fe、Pt、Rh 和 Pd 的量子钉扎 113
6.10 总结 114
参考文献 114
第7章 碳同素异构体 122
7.1 引言 122
7.1.1 单壁碳纳米管和石墨烯纳米带 122
7.1.2 挑战与目标 123
7.2 实验现象 125
7.2.1 STM/S-DFT：纳米带边缘与缺陷的极化 125
7.2.2 TEM：C—C 键能弛豫 126
7.2.3 XPS：C 1s芯能级与功函数的偏移 127
7.3 BOLS-TB 定量解析 128
7.4 ZPS表征钉扎与极化 130
7.5 总结 133
参考文献 133
第8章 异质界面 141
8.1 引言 141
8.2 光电子能谱的BOLS-TB解析 143
8.3 界面性能的ZPS解析 144
8.3.1 Cu/Pd、Ag/Pd、Zn/Pd、Be/W 界面 144
8.3.2 C/Si、C/Ge、Si/Ge、Cu/Si、Cu/Sn 界面 146
8.4 能量密度、结合能与自由能 149
8.5 应用基础 151
8.6 总结 152
参考文献 152
第9章 轨道杂化成键动力学 157
9.1 反键和非键态的STS和IPES表征 157
9.2 空穴、非键态和成键态的ARPES表征 160
9.3 O-Cu价带态密度的演变 162
9.4 DFT模拟分析 164
9.4.1 O-Ti(0001) 164
9.4.2 N-Ti(0001) 165
9.4.3 N-Ru(0001)与O-Ru(1010) 166
9.5 XPS与ZPS解谱分析 167
9.5.1 O-Ta(111)和 O-Ta(001) 167
9.5.2 单层高温超导与拓扑边缘超导 168
9.5.3 其他物质表面 172
9.6 总结 172
参考文献 173
第10章 异质配位与低配位耦合效应 180
10.1 Ti(0001)表层与TiO2纳米晶粒 180
10.1.1 含缺陷TiO2的光催化活性 180
10.1.2 Ti(0001)表层的能级偏移 181
10.1.3 缺陷诱导的量子钉扎与极化效应 181
10.1.4 缺陷对光催化活性的增强效应 183
10.2 ZnO纳米晶粒 184
10.2.1 钉扎与极化的尺寸效应 184
10.2.2 带隙、功函数与磁性 185
10.3 SrTiO3 表面 185
10.4 总结 186
参考文献 186
第11章 水与溶液耦合氢键弛豫动力学 189
11.1 低配位与水合作用 189
11.2 O:H—O 耦合氢键 191
11.2.1 水的基本规律 191
11.2.2 耦合氢键协同效应 192
11.2.3 比热与相变 193
11.3 超固态与准固态 194
11.3.1 主要特征 194
11.3.2 超固态过冷 195
11.4 电子与声子谱学 196
11.4.1 STM 和 STS：强极化 196
11.4.2 表皮：钉扎与极化 197
11.4.3 超快PES：非键电子极化 197
11.4.4 XAS：超固态热稳定性 199
11.5 卤化物溶液的阴离子作用 204
11.6 总结 206
参考文献 207
第12章 第一篇结束语 215
12.1 主要成果 215
12.2 局限性 218
12.3 应用前景 218
第二篇 超低能电子衍射解谱：成键动力学
第13章 第二篇绪论 223
13.1 内容概览 223
13.2 超低能电子衍射谱学概述 224
13.3 表面化学吸附概述 227
13.4 本篇主旨 229
参考文献 229
第14章 固体表皮化学吸附原理 233
14.1 VLEED 共振衍射 233
14.1.1 多重衍射 233
14.1.2 多光束干涉 235
14.1.3 散射矩阵和相移 235
14.1.4 多原子计算代码 236
14.2 化学吸附成键动力学 236
14.2.1 观测结果 236
14.2.2 化学吸附规则 237
14.2.3 M2O四面体结构 239
14.2.4 O-Cu(001)的键结构与原子化合价 241
14.2.5 键几何与原子位置 242
14.2.6 表面重构机理 245
14.3 价带态密度 247
14.3.1 O-派生的态密度 247
14.3.2 O2-派生的态密度 248
14.3.3 异常的类氢键 249
14.4 表面势垒与能量的关联性 249
14.4.1 鉢方案 249
14.4.2 表面势垒 250
14.4.3 一维原子势垒 251
14.4.4 表面势垒的能量描述 252
14.4.5 基本参数与函数 253
14.4.6 表面势垒的意义和局限性 257
14.5 总结 257
参考文献 257
第15章 VLEED解析技术 261
15.1 解析方法 261
15.1.1 数据校准 261
15.1.2 参数初始化 263
15.1.3 计算方法 263
15.1.4 模型校准原则 263
15.2 代码的有效性 264
15.2.1 清洁 Cu(001)表面 264
15.2.2 O-Cu(001)表面 265
15.3 模型的实现 268
15.3.1 数值量化 268
15.3.2 物理意义 270
15.4 总结 271
参考文献 271
第16章 VLEED解谱灵敏度与可靠性 273
16.1 解的唯一性 273
16.1.1 ReV(z; z0, λ)的灵敏度 274
16.1.2 ImR(z; z1, α)的相关性 275
16.1.3 解的确定性 275
16.2 解谱功能性和可靠性 278
16.2.1 解析程序 278
16.2.2 对键几何的敏感性 281
16.2.3 对表面势垒的敏感性 281
16.3 总结 283
参考文献 283
第17章 化学键-能带-势垒与功函数 285
17.1 角分辨 VLEED 285
17.2 布里渊区和能带结构 287
17.2.1 布里渊区和有效电子质量 287
17.2.2 晶格重构 288
17.2.3 价带 289
17.3 键几何、价带态密度和三维表面势垒 289
17.4 内势常数与功函数 292
17.4.1 光束能量减小内势常数 292
17.4.2 化学氧吸附减小内势常数 292
17.4.3 化学氧吸附降低局域功函数 292
17.5 物理机制 293
17.5.1 氧与光束能量降低内势常数 294
17.5.2 氧与光束能量减小功函数 294
17.6 总结 295
参考文献 295
第18章 化学吸附成键动力学 298
18.1 氧吸附四阶段 298
18.2 键几何分析 300
18.3 Cu3O2四步成键过程 301
18.4 总结 304
参考文献 304
第19章 轨道杂化的热影响 306
19.1 退火和时效对I-E曲线的影响 306
19.2 退火和时效对轨道杂化的影响 307
19.3 总结 309
参考文献 309
第20章 第二篇结束语 310
参考文献 312
第三篇声子计量谱学：多场声子动力学
第21章 第三篇绪论 317
21.1 内容概览 317
21.2 多场晶格振动 319
21.3 实验现象 320
21.3.1 低配位效应 320
21.3.2 压缩效应 323
21.3.3 热效应 326
21.4 理论进展 327
21.4.1 尺寸效应 327
21.4.2 Gruneisen 常数 330
21.4.3 光-声热效应 332
21.5 本篇主旨 333
参考文献 333
第22章 多场声子动力学基本原理 341
22.1 晶格振动力学 341
22.1.1 单体哈密顿量 341
22.1.2 原子链 343
22.1.3 耦合振子的拉格朗日力学 344
22.1.4 集体振荡 345
22.2 泰勒系数与可测物理量 345
22.3 单键多场弛豫 345
22.3.1 键长与键能弛豫 345
22.3.2 声子振动频移 346
22.4 多场微扰 348
22.4.1 原子低配位 348
22.4.2 温场效应 350
22.4.3 机械压缩 352
22.4.4 单向拉伸 353
22.5 声子谱与计量声子谱学 354
22.6 总结 355
参考文献 355
第23章 层状材料 359
23.1 二维结构概述 359
23.1.1 轨道杂化和晶体结构 360
23.1.2 声子频率调制 361
23.2 声子弛豫 363
23.2.1 层数效应 363
23.2.2 应变效应 366
23.2.3 力场与温场 368
23.2.4 拉曼反射的边缘特性 373
23.3 结论 373
参考文献 374
第24章 纳米晶体 383
24.1 纳米晶体与核-壳结构 383
24.2 尺寸效应与热效应 384
24.2.1 尺寸效应表述 384
24.2.2 拉曼频移尺寸效应 385
24.2.3 LFR 谱 388
24.2.4 热致拉曼频移 389
24.2.5 表皮原子振动 390
24.3 材料的压强与温度效应 390
24.3.1 W族半导体 390
24.3.2 m族氮化物 391
24.3.3 TiO2 与 ZnO 392
24.3.4 其他化合物 394
24.4 总结 396
参考文献 396
第25章 水与水溶液 403
25.1 水和水溶液 403
25.2 冰水耦合氢键协同弛豫 406
25.3 路易斯-霍夫梅斯特溶液的声子谱 409
25.3.12 N守恒规则破缺 409
25.3.2 水溶液的差分声子谱 409
25.3.3 键转变分数与有效水合壳层厚度 412
25.4 溶液性质与氢键转变 414
25.5 总结 416
参考文献 417
第26章 第三篇结束语 421
26.1 主要成果 421
26.2 展望 421
附录 423
参考文献 424
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