[理学]固体物理期末复习2课件.ppt
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- 理学 固体 物理 期末 复习 课件
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1、固 体 物 理期末复习固体物理学的主要内容晶体的基本特征第一二章 固体的形成和晶体结构的描述第三四五章 格波、德布罗意波在周期结构中的传播其它章节 一般的理论在具体物理问题中的应用 和发展原胞基矢Bravais 格子晶列晶面倒格子单胞对称操作对称素点群晶系空间群表面的结构非晶态材料的结构准晶态第一章 晶体结构原 胞一个晶格的最小周期单元基 矢 原胞的边矢量a1、a2、a3原胞基矢布拉伐格子晶列晶面倒格子用一个格点代表一组原子, 可以将晶格抽象成一个由格点构成的空间格子, l1a1+l2a2+l3a3称为布拉伐格子(Bravais lattice)原胞基矢布拉伐格子晶列晶面倒格子铜NaCl 晶格
2、对应的Bravais格子是什么结构?金刚石面心立方这个格子表征了晶格的周期性Bravais格子上的格点可以看作分布在一系列平行线上, 这些直线系称为晶列原胞基矢布拉伐格子晶列晶面倒格子也可看成是分布在一系列平行且等间距的平面上,这些平面称为一族晶面晶向指数 用一个格点沿晶列方向到最近邻格点的位移矢量 Rl =l1a1+l2a2+l3a3 的指标来表示 记为 l1 l2 l3密勒指数 用第一个晶面在三个轴上截距的倒数标志晶面 记为(h1 h2 h3) 倒格子基矢2 , 0, 2iijjijija b 倒格子是波矢空间的周期格子232323231131211231222aaaaaaaabaaaba
3、aaba 原胞基矢布拉伐格子晶列晶面倒格子面心立方的 Bravais 格子, 倒格子是什么结构?体心立方倒格子原胞的体积为 (2)3/vc , vc 为正格子原胞体积倒格矢 Gh1h2h3= h1b1+h2b2+h3b3 垂直于密勒指数为(h1h2h3) 的晶面系具有晶格周期性的函数可按倒格矢展开成Fourier级数1231231 2 31 2 3()( )i h bh bh bxh h hh h hV xVe1 2 312312322.h h hdh bh bh bG面间距公式单胞对称操作对称素点群晶系空间群晶体学中选取的周期单元为了反映晶格的宏观对称性单胞在有些情况下就是原胞,另一些情况则
4、不是。在立方晶格的情形下, 单胞就取为立方单元单胞对称操作对称素点群晶系空间群物体在某正交变换下不变,称该变换为一个对称操作一个物体的旋转轴和旋转反演轴统称为对称素立方体、正四面体、正六角柱分别有_、_、_个对称操作。 48 24 24 n 只能取1、0、1、2、3, 对应的分别为 0、/3、 /2、 2/3、 因此由于周期性的限制晶体只能有1、2、3、4、6重旋转轴不能具有 5 重或 6 重以上的旋转轴同理也只能有相应的旋转反演轴=B An BA单胞对称操作对称素点群晶系空间群晶体的宏观对称性只有32个不同类型,分别由32个点群来概括由十种对称素只能组成32个不同的点群NaCl 晶格对应的
5、Bravais 格子就宏观对称来说具有_点群。 立方( Oh)单胞对称操作对称素点群晶系空间群根据 32 个晶体学点群对 Bravais格子的要求,Bravais 格子总共可以分为 7 类,称为 7 个晶系金刚石结构对应的 Bravais 格子属于_晶系_格子。 立方 面心立方通过加心使 7 个晶系共有 14 种Bravais 格子单胞对称操作对称素点群晶系空间群晶体全部对称操作(既有平移也有转动)的集合构成空间群空间群可分为简单空间群和复杂空间群金刚石结构的空间群属于_。 复杂空间群NaCl 结构的空间群属于_。 简单空间群每个原子的最近邻数简单立方(sc)_ 6体心立方(bcc)_ 8面心
6、立方(fcc)_ 12六角密排(hcp)_ 12金刚石结构 _ 4NaCl结构 _ 6CsCl结构 _ 8立方ZnS结构 _ 4哪些是简单晶格, 哪些是复式晶格? 应用对称操作的概念, 可证明具有立方对称的晶体的介电性可以归结为一个_。 标量介电常数 所有的晶体结构, 就其对称性而言, 共有_个类型, 每一类由一个空间群描述。 230 二维晶格共有_个晶系_种 Bravais 格子。 4 5 非晶态材料的基本特点是_。 失去了晶态的长程序, 保留了原子排列短程序 表面的再构是指_。 表面相中的原子排列和体内不相同, 表面的基矢和与体内与表面平行的晶面上的两个基矢不相同 准晶不具有平移对称性但具
7、有_。 长程取向序第二章 固体的结合离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性基本特点是以离子而不是以原子为结合的单位正、负离子相间排列NaCl 和 CsCl 结构马德隆常数1231 2 3222 1/2123( 1)()nnnn n nnnn nABUNrr内能函数离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性一对为两个原子所共有的自旋相反配对的电子结构称为共价键两个基本特征:饱和性和方向性由于方向性, 原子在形成共价键时, 可以发生“轨道杂化”由于饱和性, 族至 族的元素靠共价键结合, 共价键的数目符合
8、8N 定则离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性金属性结合的基本特点是电子的“共有化”金属的特性, 如导电性、导热性、金属光泽, 都是和共有化电子可以在整个晶体内运动相联系的采取面心立方、六角密排、体心立方等结构离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性产生于原来具有稳定电子结构的原子或分子之间126( )4u rrr勒纳琼斯(Lennard-Jones)势瞬时的电偶极矩的感应作用离子性结合共价结合金属性结合范德瓦尔斯结合晶体结合的规律性原子的负电性从强的负电性到弱的负电性, 结合由强的共价键逐渐减弱, 以至于转变为金属性结合, 表现为由绝缘体经半导体过渡到
9、金属导体I 族的碱金属和 VII 族的卤族元素负电性差别最大, 形成典型的离子晶体。随着元素之间负电性差别的减小, 离子性结合逐渐过渡到共价结合v晶体的结合能是_。 分散的原子结合成晶体时释放的能量v马德隆常数完全取决于_ 。 晶体结构v金刚石中结合成共价键的是碳的_。 sp杂化轨道v通常引入_来描写共价结合中离子性的成分。 电离度v 原子的负电性描述不同原子_的能力。 束缚电子v 金属的基本特性, 如高导电性、高导热性、大的 延展性、金属光泽, 都和金属的_有关。 共有化电子v I族的碱金属元素与VII族的卤族元素最易形成_ 结合。 离子第三章 晶格振动和晶体的热学性质简正坐标格波、声子声学
10、波、光学波玻恩卡曼边界条件极化激元晶格热容的 Einstein 理论和 Debye 理论晶格振动模式密度晶格状态方程和热膨胀晶格的热传导由简正坐标所代表的, 体系中所有原子一起参与的共同振动, 常常称为一个振动模简正坐标格波、声子声学波、光学波玻恩卡曼边界条件极化激元简正坐标使简谐近似下系统的内能函数和动能函数化为平方项之和而无交叉项各简正坐标描述独立的简谐振动每一个简正坐标对应一个谐振子方程, 波函数是谐振子波函数, 能量本征值为 (n+1/2) 对于确定时刻 t:不同的原子有不同的振动位相 对于确定的 i:第 i 个原子的位移随时间作简谐振动在一个振动模下sin()ijijiaAtm简正坐
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