利用X射线漫散射实验手段，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心EX7组博士生林佳琪和柳学榕副研究员对其中一种扰动形式，纳米尺度的晶格应变，进行了定量表征。当晶体中原子位置受到热扰动或杂质引起的应力场扰动，偏离其原先处于的周期位置时，会产生X射线漫散射，分别叫做热漫散射(TDS)和黄昆漫散射(HDS)。在X射线散射实验中能观察到晶体布拉格峰附近出现尾巴。
他们选取La2-xSrxCuO4(LSCO), x=0.08的样品，在温度为7K时，测量(0 0 22)和(2 0 22)布拉格峰附近的漫散射强度(图1)。在X射线等强度图中看到明显峰和谷的漫散射图案是HDS的特征，而TDS的等强度图会更接近于圆形。为了定量描述HDS，采用连续弹性近似，忽略原胞内原子的细节，把原胞应变当作原胞质心的运动。这时，在某个布拉格峰附近q处，HDS强度正比于1/qv，v=2。而TDS的强度在只考虑声学支声子的近似下，随温度变化，高温时v接近2，而低温时v接近1。通过对漫散射强度的拟合(图2)，在低q时v=1.9，HDS占主导，而在高q时，v开始向1靠近，此时TDS占主导。漫散射强度对q的依赖符合连续弹性近似。图3的温度依赖反应HDS特征(峰-谷-峰)随温度增加逐渐消失，可能是由于高温晶格增大，导致局域应力释放。
最后，他们重构了杂质原子周围原胞的应变(质心偏离，图4)，发现最大的偏离是0.001埃量级，位于杂质原子周围大约1nm处，当远离杂质原子时，质心偏离迅速变小一个量级。静水压和单轴压力实验证明LSCO的Tc可以受压力调控～1K/Gpa。而且通过测量LSCO线性压缩系数可知，0.01埃的原胞大小改变对应1Gpa的局域应力。所以X漫散射实验观察到的0.001埃的局域应变太小，并不能解释STM看到的显著局域电荷分布不均匀。
该文章于2018年5月11日发表在Physics Review Letter上(Phys. Rev. Lett. 120,197001)。该实验在美国阿贡国家实验室完成，受到科技部(2015CB921300,2016YFA0401000),中国科学院(XDB07020200)和美国能源局(DE-SC0003678)的资助。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.197001
[1]. http://www.nature.com/articles/35095012
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| 图1：(0 0 22)和(2 0 22)布拉格峰附近的漫散射图案。a-c：实验数据，d-f：考虑TDS和HDS计算得到的漫散射图案，参数是从拟合结果中提取。测量温度为7K。 |
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| 图2:(a):图1a和b中(0 0 22)峰对角切线。实线正比于1/q1.9. （b-e）在(0 0 22)峰附近的切线。黑色实线是整体的拟合结果，红色虚线是TDS贡献。 |
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| 图3:温度依赖H，K扫描通过(0 0 22.15).低温是沿H，K强度有很大的差异，高温时(T=250K)两者强度比接近于1. LSCO在280K有HTT-LTO的相变。 |
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| 图4:重构的应变图案在ab面(上半部分)，bc面(下半部分)，杂质原子处于[0,0,0]。R的单位为单个原胞。Ua,b,c是应变矢量U(R)的分量。 |
PhysRevLett.120.197001(2018).pdf
