《固体物理一绪论》PPT课件

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绪论:三、固体物理学及其发展史
与此同时,* Heisenberg, *Wigner, *Mott, *朗道, 夫伦克尔,佩尔斯,*肖特基,*范弗莱克等当时一流 的理论物理学家都曾投入到固体理论的研究中并取得 了丰富的成果。
赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书, 标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论 的第一个范式。(建立在对晶体认识的基础上)
5. 光学材料非线性研究 励强华教授
绪论:
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
6. 热电材料研究 胡建民教授、曲秀荣老师 7. 非晶和液体性质的研究 孙民华教授 8. 半导体光电子材料;光催化研究 李林、徐玲玲老师 9. 半导体材料电子结构、输运性质的第一性原理计算
尹海涛教授、牛丽老师
绪论:五、本课程的主要内容
Seitz F, Modern Theory of Solids, McGraw-Hill 1940
绪论:三、固体物理学及其发展史
晶格结构
晶格理论
晶格动力学 晶格热力学
理想晶格
固 体 物
电子理论
实际晶格理论 能带理论 金属中的自由电子气

功函数、接触电势等
输运理论 :电子与晶格的相互作用
固体物理分论 半导体、磁学、超导、非线性光学
绪论:
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
1. 磁性超晶格及多层膜的物理性质研究;光子晶体的磁性研究
王选章教授、付淑芳、李华、周胜老师
2. 半导体纳米材料及其应用;
复合氧化锌超晶格纳米线制备及 TFT研制
张喜田教授、高红教授
3. 光电子技术应用 孙文军教授
4. 量子光学;固体发光
吕树臣教授、孟庆裕、孙江亭老师
第一章 晶体结构与X射线衍射 第二章 晶体的结合 第三章 晶格振动和固体的热学性质 第五章 金属的自由电子理论 第六章 能带理论

《固体物理基础概论》PPT课件

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组成晶态固体的粒子在空间周期性排列,具 有长程序,它的对称性是破缺的。
非晶体与晶体相反,其组成粒子在空间的 分布是完全无序或仅仅具有短程序,具有高度 的对称性。
准晶介于晶体和非晶体之间,粒子在空间 分布有序,但不具有周期性,仅仅具有长程的 取向序。
固体物理的研究对象以晶体为主。
准晶
2 . 固体物理学的基本任务:是企图从微观上 去解释固体材料的宏观物性,并阐明其规律。
到了期末,接近考试了,此时介绍晶体结合 、晶体缺陷等学生材内容和学时分配 第一章 金属自由电子费米气体模型(10学时) 第二章 晶体的结构 (19学时) 第三章 能带论 (23学时) 第四章 晶格振动 (10学时) 第五章 输运现象 (5学时) 第六章 晶体的结合、晶体缺陷和相图(5学时)
曼彻斯特大学最近公布的波纹式的石墨烯薄片示意图
Ultra-Thin Material
超导磁悬浮
Magnetic Domains by Magneto-optical Effect
包钴氧化铁 钡铁氧体
铁合金
CrO2
m
计算机的硬盘
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2007年诺贝尔 物理学奖---巨 磁电阻效应 (GMR)
4.基泰尔(C.Kittel 5th edition)著,杨顺华等 译,固体物理导论,科学出版社,1979
5.方可,胡述楠,张文彬 主编;固体物理学,重庆大 学出版社,1993
6.陈金福 主编 固体物理学—学习参考书 高等 教育出版社,1986 7.
8.阎守胜. 2000. 固体物理基础. 北京:北京大学 出版社
7.教学要求
1) 掌握金属自由电子模型的内容并学会利用该模型对 金属的电、热、光等物性进行分析; 2) 掌握晶体的结构特点、晶格的特征、晶体对称性 和分类、倒格子以及X射线衍射;

固体物理第一讲 绪论PPT课件

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70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术,
在于晶体结构的观察方面有所进步。近年来发展
的扫描隧道显微镜,可以相当高的分辨率探测表
面的原子结构。
• 晶体的结构以及它的物理、化学性质 同晶体结合的基本形式有密切关系。通常 晶体结合的基本形式可分成:离子键合、 金属键合、共价键合、分子键合(范德瓦耳 斯键合)和氢键合。根据X射线衍射强度分 析晶体的物理、化学性质,或者依据晶体 价电子的局域密度分布的自洽理论计算, 人们可以准确地判定该晶体具有何种键合 形式。
(二)、固体物理的发展史
几百万年前的石器时代,或者几万年前人类开
始冶炼金属、制造农具和刀箭的时代。通过炼金术, 人们了解了一些材料的颜色、硬度、熔化等性质, 并用之于绘画、装饰等。
1611年,开普勒就开始思考雪花为什么呈六角 形;
1843年法拉第曾惊奇地发现硫化银的电阻随着 温度的升高而下降;
阿拉克西曼德:万物是由无数的原始物质构成的。 阿拉克西美尼:万物的本质是空气。 赫拉克里特:万物的本质是火,火与其他物类的混合物,一
般都以我们可以感知气味的其他物类来命名,但是火本身 是不变的因素。 埃姆毕多克拉斯:万物是由水、气、火、土组成。
• 巴门尼德: 宇宙中只有一个永恒的存在,像一个充实的
固体物理学
第一讲 绪论
• 一:固体物理学 • 二:发展史 • 三:当前研究的热点和前沿 • 四:本课程的主要讲解内容 • 五、参考书籍
一:固体物理学
固体物理学是研究固体物质的物理 性质、微观结构、构成物质的各种粒 子的运动形态,及其相互关系的科学。 它是物理学中内容极丰富、应用极广 泛的分支学科。
融汇了力学、热力学与统计物理学、 电动力学、量子力学和晶体学等多学 科的知识。

固体物理学--ppt课件

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22
简立方(Simple Cubic,简称 SC )
三个基矢等长并且互相垂直。
a3 a
a2
原胞与晶胞相同。 a1
a1 ai a 2 aj a3 ak
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23
体心立方(Body
问题一
Centered
Cub8ic以1, 体B1心C原C2子个)为原顶子
点,分8别向三个顶角
体心立方晶胞中含有几个原子? 原子引基矢。
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11
固体物理学原胞(原胞)特点:
只反映晶格周期性特征 体积最小的周期性重复单元 结点必为顶点,边长等于该方向周期的平行六
面体 六面体内部和面上皆不含其他的结点
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12
结晶学原胞(晶胞)的特点:
除反映晶体周期性特征外,还反映其特有 的对称性;
不一定是最小的重复单元; 结点不仅在顶角上,还可在体心或面心; 原胞边长总是一个周期,并各沿三个晶轴
任何基元中相应原子周围的情况相同,但每个基 元中各原子周围情况不同。
c 基元
b a
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10
3、晶格、原胞
晶格:通过点阵中 的结点,做许多平 行的直线族和平行 的晶面族,点阵就 成为一些网格,即 晶格。
原胞:用来反映晶 体周期性(及对称 性)特征的六面体 单元,有:
固体物理学原胞 结晶学原胞
问题二
体心立方原胞如何选取?
问题三
原胞的基a1矢 a形2 式 a?3
1 2
a3
问题原四胞体a1积 a?2 (i
j
k)
a2
a 2
(i
j
k)
a3
a 2
(i
j
k)
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4.最小内能性
由同一种化学成分构成的物质,在不同的条件下 可以呈现不同的物相,其相应的结合能或系统的内 能也必不相同。
但是,在相同的热力学条件下,在具有相同化学 成分物质的各种物态——气体、液体、非晶体、晶 体中,以晶体的内能最小,这个结论称为晶体的最 小内能性。
对于固体物质,由于晶体内能比非晶体内能小, 所以非晶体具有自发地向晶体转变的趋势;反之, 晶体不可能自发地转变为其它的物态形式。
在单晶体内部,原子都是规则地排列的。
* 多晶体( Multiple Crystal )
由许多小单晶(晶粒)构成的晶体,称为多晶体。 多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列,不同晶粒内 的原子排列是不同的。
晶面的大小和形状受晶体生长条件的影响,它们 不是晶体品种的特征因素。
例如,岩盐(氯化钠)晶体的外形可以是立方体 或八面体,也可能是立方和八面的混合体,如图所 示。
有些晶体的解理性不明显,例如,金属晶体等。
晶体解理性在某些加工工艺中具有重要的意义, 例如,在划分晶体管管芯时,利用半导体晶体的解 理性可使管芯具有平整的边缘和防止无规则的断裂 发生,以保证成品率。
3.晶面角守恒定律
发育良好的单晶体,外形上最显著的特征是晶面 有规则地配置。一个理想完整的晶体,相应的晶面 具有相同的面积。晶体外形上的这种规则性,是晶 体内部分子或原子之间有序排列的反映。
晶格振动是晶体的特性之一。
§1.2 晶体的周期性
一、空间点阵学说 1.空间点阵
为了描述晶体结构的周期性,布拉菲在1848年提 出空间点阵学说,从而奠定了晶体结构几何理论的 基础。
按照空间点阵学说,晶体内部结构是由一些相同 的点子在空间规则地作周期性无限分布所构成的系 统,这些点子的总体称为点阵。

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2. 金属的研究 —— 抽象出电子公有化的概念,再用单电 子近似的方法建立能带理论
3. 物质的铁磁性 —— 研究了电子与声子的相互作用,阐 明低温磁化强度随温度变化的规律
4. 超导的理论 —— 研究电子和声子的相互作用,形成库 柏电子对,库柏对的凝聚表现为超导电相变
六、固体物理学领域的一些重要进展 1. 人造材料、超晶格半导体、MBE、CVO等 2. 量子霍尔效应:电势差按量子变化而非连续变化 3. 降维效应:三维→二维→一维→零维(量子点) 4. 电荷密度波、自旋密度波 5. 无序:等效介质+微扰 6. 混合原子价 7. 3He的超流相(低温下流动无阻力) 8. 重整化群的方法(处理多体问题、相变、临界点等)
23. 生物物理(蛋白质、DNA等) 24. 软凝聚态物质(生物体、胶体、各种细小颗粒、沙堆
模型等) 25. 纳米材料 26. Bose-Einstein凝聚
……
《固体物理学》参考书目
1.《固体物理学》 —— 黄昆 韩汝琪,高等教育出版社
2. 《Introduction to Solid State Physics》Seventh Edition —— CHARLES KITTEKL, John Wiley
—— 费米发展了统计理论,为以后研究晶体中电子运动的 过程指出了方向
—— 20世纪三十年代,建立了固体能带论和晶格动力学
—— 固体能带论说明了导体与绝缘体的区别,并断定有 一类固体,其导电性质介于两者之间______半导体
—— 20世纪四十年代末,以诸、硅为代表的半导体单晶的 出现并制成了晶体三极管______ 产生了半导体物理
程序)(急冷方式获得)
16. 细小体系、团簇、C60、介观物理 17. 有机导体、高分子材料(具有掺杂导电性) 18. 非线性、非平衡、孤子、突变、湍流 19. 量子计算机,由量子态控制(传统计算机由0、1控制) 20. 超硬材料,如导电性极强的金刚石半导体,性能稳定、

固体物理课件ppt完全版_图文

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一、简单立方晶格(SC格子) 1·配位数:每个原子的上下左右前后各有一个最近邻
原子 — 配位数为6
2·堆积方式:最简单的原子球规则排列形式 — 没有 实际的晶体具有此种结构
简单立方晶 格堆积方式
简单立方晶 格典型单元
3·原胞: SC格子的立方单元是最小的周期性单元 — 选取其本身为原胞
4·晶格的三个基矢:

∵面上原子密度大,对X 射线的散射强
∴简单的晶面族,在 X 射 线的散射中,常被选做 衍射面
金刚石晶格中双层密排面
第四节 倒格子
晶格的周期性描写方式: 正格子
※ 坐标空间( 空间)的布拉伐格子表示 ※ 波矢空间( 空间)的倒格子表示
Reason?
∵晶体中原子和电子的运动状态,以及各种微观粒子 的相互作用 → 都是在波矢空间进行描写的 晶格振动形成的格波,X 射线衍射均用波矢来表征


1· 晶列:在布拉伐格子中,所有格点可以分列在一
系列相互平行的直线系上,这些直线系称
为晶列
2· 晶向:同一个格子可以形成方向不同的晶列,每 一个晶列定义了一个方向,称为晶向
3·晶向指数: 若从一个原子沿晶向到最近的原子的
位移矢量为
, 则用
标志晶向,称为晶向指数
同一晶向族的各晶向
4· 晶面:布拉伐格子的格点还可以看成分列在平行 等距的平面系上,这样的平面称为晶面。
倒易点阵本质
如果把晶体点阵本身理解为周期函数,则倒 易点阵就是晶体点阵的傅立叶变换,所以倒
易点阵也是晶体结构周期性的数学抽象,只
是在不同空间(波矢空间)来反映,其所以要变 换到波矢空间是由于研究周期性结构中波动 过程的需要。
一个三维周期性函数u(r)(周期为T=n1a1+ n2a2+ n3a3)
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*Born和Karman 1912首次采用周期性边界条件处 理了三维晶格振动问题,建立了晶格动力学理论。
Sommerfeld 1928 采用Fermi统计,用量子论的观 点修正了经典电子论。
*Bloch 1928 近似求解周期势场中的Schrödinger方 程,引入了能带的概念。Wilson 1931利用能带观点解 释了半导体的导电现象,提出了空穴的概念。Brillouin , Seitz, Slater等人相继进行研究,从而逐步完善了能带 论。
20世纪初量子论,特别是量子力学的逐步建立使 正确解释已经发现的关于固体性质的规律成为可能。
自此之后的几十年是创立固体理论的辉煌时期:
绪论:三、固体物理学及其发展史
*Einstein 1907 和Debye 1912,建立了-Petit 值。
固体物理正在向凝聚态物理的范畴扩展
固体
晶体
非晶体
准晶体 纳米材料 团簇材料 超晶格
目前固体物理的研究已经从传统的晶状固体拓展到 非晶固体、薄膜和细小粒子体系、以及量子流体, 这一更宽的研究领域人们称之为凝聚态物理学
Solid State Physics Condensed matter Physi cs
绪论:三、固体物理学及其发展史
与此同时,* Heisenberg, *Wigner, *Mott, *朗道, 夫伦克尔,佩尔斯,*肖特基,*范弗莱克等当时一流 的理论物理学家都曾投入到固体理论的研究中并取得 了丰富的成果。
赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书, 标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论 的第一个范式。(建立在对晶体认识的基础上)
绪论:三、固体物理学及其发展史
1.固体物理正在向凝聚态物理的范畴扩展。 2.固体物理的基本概念和实验技术已在非固体学科中
得到广泛应用,成为众多学科的共同财富。 3.固体物理是物质结构中最丰富的层次,因而构成了
对于人类智力的巨大挑战,60多年来的新发现不断 涌现,使之对高新技术发展的推动势头不但不减, 在新世纪反而变得更加突出。
第一章 晶体结构与X射线衍射 第二章 晶体的结合 第三章 晶格振动和固体的热学性质 第五章 金属的自由电子理论 第六章 能带理论
固 原子理论:晶体结构、晶体结合、晶格振动、 体 缺陷 物 理 电子理论:经典自由电子理论、量子的自由电
子理论、能带理论
绪论:
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
1. 磁性超晶格及多层膜的物理性质研究;光子晶体的磁性研究
王选章教授、付淑芳、李华、周胜老师
2. 半导体纳米材料及其应用;
复合氧化锌超晶格纳米线制备及 TFT研制
张喜田教授、高红教授
3. 光电子技术应用 孙文军教授
4. 量子光学;固体发光
吕树臣教授、孟庆裕、孙江亭老师
绪论:二、固体的分类
绪论:二、固体的分类
Al65Co25Cu10合金
绪论:三、固体物理学及其发展史
1. 固体物理学
研究内容:
结构影响性质——碳家族
绪论:三、固体物理学及其发展史
碳家族
绪论:三、固体物理学及其发展史
碳原子的三种杂化形态
绪论:三、固体物理学及其发展史
2. 固体物理学发展历程
固体物理学作为一门近代科学始于20世纪初,虽 然晶体学的研究有着悠久的历史,19世纪末就已经建 立起了完整的对称性理论,但只是在1912年Laue发现 了晶体的X射线衍射现象后,晶体结构的研究才得以证 实,并从此具备了实验研究固体微观结构的条件。
固体物理学
•任课教师:牛丽
•学生: 2012级 物理 2-3班 4-5班
•QQ群:341339638 哈师大物理讨论群
•教材:《固体物理学教程》胡建民
•课时:56学时
•时间:周二、周五;1-2节 3-4节
•地点: A319 A304
固体物理
1
固体物理学——绪论
一、物质的四态
绪论:一、物质的四态
绪论:二、固体的分类
Seitz F, Modern Theory of Solids, McGraw-Hill 1940
绪论:三、固体物理学及其发展史
晶格结构
晶格理论
晶格动力学 晶格热力学
理想晶格
固 体 物
电子理论
实际晶格理论 能带理论 金属中的自由电子气

功函数、接触电势等
输运理论 :电子与晶格的相互作用
固体物理分论 半导体、磁学、超导、非线性光学
5. 光学材料非线性研究 励强华教授
绪论:
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
6. 热电材料研究 胡建民教授、曲秀荣老师 7. 非晶和液体性质的研究 孙民华教授 8. 半导体光电子材料;光催化研究 李林、徐玲玲老师 9. 半导体材料电子结构、输运性质的第一性原理计算
尹海涛教授、牛丽老师
绪论:五、本课程的主要内容
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