固体物理
固体物理课程
固体物理课程固体物理是物理学的一个重要分支，研究物质的宏观和微观结构，以及物质在不同条件下的性质和行为。
固体物理课程是物理学专业的一门核心课程，对于理解物质的基本性质和物质在实际应用中的表现具有重要意义。
固体物理课程首先介绍了固体的基本概念和特性。
固体是具有一定形状和体积的物质，其分子或原子之间存在着密切的相互作用力，使得固体具有较高的密度和较低的可压缩性。
固体物理研究的对象包括晶体、非晶体、液晶等不同类型的固体材料，以及固体材料的结构、性质和行为等方面。
固体物理课程还探讨了固体的结构和晶体学。
固体的结构是指固体中原子或分子的排列方式，晶体学则是研究晶体的结构和性质的科学。
固体物理课程通过介绍晶体的点阵、晶格常数、晶体缺陷等概念，帮助学生理解晶体的基本结构和性质，并学习如何通过X射线衍射等实验手段来确定晶体结构。
固体物理课程还涉及了固体的热学性质和热传导。
固体材料的热学性质包括热容、热导率等，这些性质与固体材料的结构和组成有密切的关系。
热传导是指固体内部热能的传递过程，固体物理课程通过介绍热传导的基本原理和数学模型，帮助学生理解热传导过程，并学习如何计算和控制热传导。
固体物理课程还包括了固体的电学性质和磁学性质。
固体材料的电学性质包括电导率、电介质常数等，而固体材料的磁学性质则包括磁化强度、磁导率等。
固体物理课程通过介绍电场和磁场对固体材料的影响，帮助学生理解固体的电磁响应和磁化过程，并学习如何应用电磁理论解释和控制固体材料的性质和行为。
固体物理课程还涉及了固体的声学性质和光学性质。
固体材料的声学性质包括声速、声衰减等，而固体材料的光学性质则包括折射率、吸收系数等。
固体物理课程通过介绍声波和光波在固体中的传播和衍射规律，帮助学生理解固体的声光效应，并学习如何应用声光技术实现固体材料的探测和应用。
固体物理课程的学习不仅要求学生掌握固体物理的基本概念和理论，还要求学生具备实验技能和数据处理能力。
固体物理实验包括晶体结构分析、热传导测量、电磁性质测试等，学生需要通过实验操作来加深对固体物理理论的理解和掌握。
固体物理学的基础知识
固体物理学的基础知识固体物理学是物理学的一个重要分支，研究物质固态状态的性质和行为。
在这篇文章中，我们将介绍一些固体物理学的基础知识，包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
一、晶体结构晶体是指由周期性排列的原子、离子或分子组成的物质。
晶体结构描述了这些粒子在空间中的排列方式。
最基本的晶体结构是简单立方、面心立方和体心立方。
简单立方是最简单的结构，每个原子与其六个相邻原子相接触；面心立方在每个立方的面心上添加了一个原子；体心立方在每个简单立方的中心添加了一个原子。
除了这些基本结构，还存在许多复杂的晶体结构，如钻石和蓝宝石。
二、晶格常数晶格常数是描述晶体结构的一个重要参数。
它表示晶体中相邻原子之间的距离。
晶格常数可以通过实验或计算得到。
对于简单立方结构来说，晶格常数就是原子间距离；对于面心立方和体心立方结构，晶格常数与原子间距离有特定的关系。
三、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体结构中的一些缺陷或杂质。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和替位原子；线缺陷包括位错和螺旋位错；面缺陷包括晶界和界面。
晶体缺陷对晶体的性质有重要影响，如电导率、热导率和光学性质等。
四、固体力学性质固体力学性质描述了固体对外界力的响应和变形行为。
其中最基本的性质是弹性模量。
弹性模量分为压缩模量、剪切模量和杨氏模量，它们分别描述了固体对压力、剪切力和应力的响应。
除了弹性模量，还有塑性、断裂和疲劳等力学性质值得研究。
结论固体物理学的基础知识包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
通过对这些知识的研究，我们可以更深入地理解固体的性质和行为，为材料科学和工程技术的发展做出贡献。
希望本文对你对固体物理学的学习有所帮助。
参考文献：[1] Ashcroft N W, Mermin N D. Solid State Physics. Cengage Learning, 1976.[2] Kittel C. Introduction to Solid State Physics. John Wiley & Sons, 2005.[3] Rao C N R, Rao C N R, Omar Syed Ismail. Angular Momentum in Quantum Physics: Theory and Application. World Scientific, 2014.。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究自然界基本规律和物质运动规律的学科。
固体物理和半导体物理是物理学中两个重要的分支。
固体物理主要研究固态物质的性质、结构、形态和变化规律，包括晶体、非晶体、玻璃等物质的物理特性；而半导体物理则涉及半导体物理特性、器件设计与制造等方面。
一、固体物理固态物理是物理学中重要的研究分支，该分支主要研究固体物质的晶体结构和缺陷结构、热力学性质、运动学和电学性质、光学性质、磁学性质等基本性质以及与此相关的各种现象和方法。
在固态物理学中，晶体学是研究晶体结构的基础，这就是通过选择和分析非常具有代表性的结构来发现这种固体的晶化规律和晶格参数。
此外，固态物理涉及的另一个重要研究方向就是非晶体和玻璃等非晶态物质。
在非晶态物质的研究中，主要包括非晶体的结构参数、非晶体的性质和非晶体的制备等方面的基础的研究。
固体物理学不仅是物理学中的一个重要分支，还与许多其他领域如材料学、化学、地球物理学、凝聚态物理、生物学等有关。
此外，固态物理学可能有许多应用，如发电机、高速计算机、石墨烯等领域。
二、半导体物理半导体物理是现代半导体器件技术的理论基础。
半导体物理的研究对象是半导体及其器件，主要包括半导体物理特性、半导体器件设计与制造等方面。
许多现代电子器件，如半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池、LED等都是以半导体为基础制作的。
半导体物理中常用的理论工具是量子力学和固体物理学。
根据这些理论，在半导体材料中模拟、解释了许多基本物理现象，如PN结、金属-半导体接触、晶格缺陷等。
半导体器件制造中，半导体材料的热力学，量子理论、固体物理以及表面化学等方面都需要深入研究。
半导体物理研究的应用方面也非常广泛。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体在电子、通讯、计算机、光学、生物医学、环境科学等领域的应用也越来越广泛，如手机、平板电脑、电子手表、汽车电子系统等。
三、固体物理和半导体物理的关系固体物理和半导体物理都是物理学中的重要分支，两者之间有着密切的联系和交叉。
固体物理pdf
固体物理pdf
《固体物理导论》
摘要：本文介绍了固体物理的基本概念、原理和应用。
通过对固
体物理学的探讨，读者可以了解到固体的结构、性质以及固体在电学、热学和光学等领域的应用。
第一部分：固体的基本结构与性质
1. 固体的分类与特点
2. 晶体结构与晶格
3. 晶体缺陷与固体缺陷的性质和影响
4. 固体中的电子行为：导体、绝缘体和半导体的基本概念
5. 固体中的振动：声子和声子的产生、传播与吸收
第二部分：固体物理的应用
1. 固体的热学性质及其应用：热导率、热膨胀等
2. 固体的电学性质及其应用：导体、绝缘体和半导体的应用
3. 固体的光学性质及其应用：折射、吸收和反射等基本原理
第三部分：现代固体物理的发展与前沿
1. 低维固体物理：纳米材料和薄膜的研究进展
2. 新型材料的发现与应用：石墨烯、拓扑绝缘体等
3. 固体物理与纳米电子学、光电子学的交叉研究
结论：固体物理作为一门重要的物理学科，不仅有助于我们理解
固体的性质和行为，还为现代技术的发展提供了重要的理论支持。
希
望通过本文的介绍，读者能够对固体物理有一个全面的了解，为深入
研究和应用固体物理奠定基础。
关键词：固体物理、晶体结构、电学性质、热学性质、光学性质、纳米材料、新型材料、纳米电子学、光电子学。
固体物理第一章1
晶格物理性质周期性（平移对称性）：
Γ (x+na) = Γ (x)
上式表示原胞中任一处x的物理性质，同另一原胞相应处的物 理性质相同。
原子
一维的喇菲格子
例：一维复式格子
定义：晶格中含有n(n≥2)类原子，其周围情况不一样，它们组成一维无
限周期性点列，周期为a。 原胞：长为a的一根直线段，一类原子在其两端点，其余原子在线段上。 每个原胞含n个原子。 周期性： Γ (x+na) = Γ (x)
晶体分单晶体和多晶体
单晶体( Single Crystal ) 原子排列的周期性是在整个固体内部存在的；无限大的严格的单 晶体可以看成是完美晶体。 多晶体( Multiple Crystal ) 由很多不同取向的单晶体的晶粒组成的固体；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。
单晶体是个凸多面体，围成这个凸多面体的面是光滑的，称 为晶面。 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。
1 a 1 ( a b c ) 2 1 a 2 (a b c ) 2 1 a 3 (a b c ) 2
a a1 ( i j k) 2 a a 2 (i - j k) 2 a a 3 (i j k) 2
四、各向异性
晶带：单晶体的晶面排列成带状，晶面的交线（称为晶棱）互相平行， 这些晶面的组合称为晶带。晶棱的方向称为带轴。 晶轴：重要的带轴，互相平行的晶棱（晶面的交线）的共同方向。
各向异性： 晶体的物理性质，常随方向不同而有量的 差异，晶体所具有的这种性质——各向异性。
如介电常数、压电常数、弹性常数等。
固体物理知识点总结
固体物理知识点总结1. 固体的结构固体的结构是固体物理研究的重要内容之一。
固体的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两类。
晶体是指固体物质中原子、离子或分子按照一定规则有序排列的结构，具有长程有序性。
晶体的周期性结构使其具有一些特殊的性质，如晶格常数和晶胞结构等。
晶体的结构可以根据晶体的对称性将晶系分为七类：三斜晶系、单斜晶系、单轴晶系、三方晶系、四方晶系、立方晶系和六方晶系。
非晶体是指固体中原子、离子或分子无序排列的结构，没有明显的周期性，具有短程有序性。
2. 固体的热力学性质固体的热力学性质是指固体在温度、压力等条件下的热力学行为。
其中包括固体的热容、热导率、热膨胀系数等热力学性质。
固体的热容是指单位质量的固体物质吸收或释放的热量与温度变化之间的关系。
固体的热导率是指单位时间内，单位面积和单位温度梯度下热量的传导速率。
固体的热膨胀系数是指单位体积的固体物质在温度变化时体积的变化与温度变化之间的关系。
3. 固体的光学性质固体的光学性质是指固体对光的吸收、散射和折射等性质。
固体的光学性质与其结构和原子（分子）的能级结构有关。
固体物质中的原子和分子会吸收特定波长的光子，产生特定的光谱线。
固体的折射率是指光在固体中传播时的光线偏折情况，也称为光线传播速度与真空中的光速之比。
4. 固体的电学性质固体的电学性质包括固体的导电性、介电常数、电阻率等。
固体的导电性是指固体对电流的导通能力。
固体的介电常数是指固体在外电场作用下的电极化程度。
固体的电阻率是指固体对电流的阻碍程度。
5. 固体的磁学性质固体的磁学性质是指固体在外磁场下的磁化行为。
固体物质中的原子和分子会在外磁场下产生磁化。
固体的磁学性质与其结构和原子（分子）的磁矩分布有关。
固体的磁化率是指固体在外磁场下的磁化程度。
固体物理是物理学中一个重要而广泛的研究领域，涉及的内容十分丰富和复杂。
本文仅对固体物理的基本知识点进行了简要的介绍和总结，希望能够为读者的学习和研究提供一些帮助。
固体物理
第一章晶体结构⏹布拉菲点阵概念⏹惯用晶胞（单胞）概念⏹初基晶胞（原胞）概念⏹Wigner-Seize晶胞⏹晶体结构基元+点阵=晶体结构⏹简单的晶体结构（1）sc，bcc，fcc结构的特征（2）金刚石结构（3）六角密堆积结构（4）NaCl结构（5）CsCl结构⏹晶列, 晶向, 晶面, 晶面族, 晶面指数, 密勒指数, 晶面间距晶面指数（hkl)的定义和求法方向指数[abc]的定义和求法⏹对称操作⏹7种晶系和14种布拉菲点阵1以堆积模型计算由同种原子构成的同体积的简立方和面心立方晶体中的原子数之比。
2证明立方晶系的晶列[hkl]与晶面族(hkl)正交3某元素晶体的结构为体心立方布拉菲格子，试指出其格点面密度最大的晶面系的密勒指数，并求出该晶面系相邻晶面的面间距4在立方晶胞中画出（122），（001），（10），（210）晶面和[122]5晶体中可以独立存在的8种对称元素是：、、、、、、、。
⏹布拉格定理⏹倒易点阵初基矢量公式⏹布里渊区的求法（二维正方格子和长方格子）⏹实验衍射方法（劳厄法、转动晶体法和粉末法）⏹倒易点阵矢量和晶面指数间的关系1考虑晶体中一组互相平行的点阵平面（hkl），（a）证明倒易点阵矢量G（hkl）=hb1+kb2+lb3垂直于这组平面（hkl）；（b）证明两个相邻的点阵平面间的距离d（hkl）为2从体心立方铁的（110）平面来的X-射线反射的布喇格角为22º，X-射线波长λ=1.54Å。
试计算铁的立方晶胞边长；(b）从体心立方结构铁的(111)平面来的反射的布喇格角是多少？答案：a）a=2.91Å；b）θ=27.28º3对于点阵常数为a的二维六角点阵，（a）写出正点阵的初基矢量；（b ）计算倒易点阵的初基矢量；（c ）画出第一、第二、第三布里渊区；（d ）计算第一布里渊区的体积。
4半导体材料Si 和Ge 单晶的晶体点阵类型为 ，倒易点阵类型为 ，第一布里渊区的形状为 ，每个 原子的最近邻原子数为 。
固体物理
C H 1、2 晶体结构 原子的周期性排列:• 晶体的定义和表示晶体：具有一定熔点的固体称为晶体，晶体可以看成由相同的格点在三维空间做周期性无限分布所构成的的系统，这些格点的总和称为点阵，晶体的内部结构可以用空间点阵描述晶格、格点和基元晶体结构：晶体结构=点阵+基元 晶格晶体中微粒重心，周期性的排列所组成的骨架，称为晶格格点：微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）基元：在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元元胞：初基元胞（固体物理学元胞）和非初基元胞（结晶学元胞）固体物理学元胞 ：取一个以结点为顶点、边长分别为3个不同方向上的平行六面体作为重复单元来反映晶格的周期性，这个体积最小的重复单元称为固体物理学元胞结晶学元胞 ：体积通常较固体物理学元胞大为了反映周期性的同时，还要反映每种晶体的对称性，因而所选取的重复单元的体积不一定最小，结点不仅可以在顶角上，通常还可以在体心或面心上，这种重复单元称为结晶学元胞（布拉维原胞）简称晶胞简单晶格（布拉菲晶格）：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。
复式晶格（非布拉菲晶格）：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。
晶格的基本类型二维晶格 :三维晶格:7 大晶系：三斜、单斜、正交、三方、四方、六方、立方（简单立方、体心立方、面心立方） 14种布拉菲元胞晶面和晶向的标定Miller 指数: 如何确定 Miller 指数在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数 设某一晶面在基矢a 、b 、c 的方向的截距为ra ，sb ， tc ，将系数r ，s ，t 的倒数1/r ，1/s ，1/t 约化为互质的整数h ，k ，l 即h:k:l=1/r ：1/s ：1/t 并用圆括号写成（hkl ）,即为晶面指数，也称米勒指数简单的晶体结构sc, bcc, fcc, hcp, diamond and zinc sulfide简立方：原子位于边长为a 的8个顶角上这种布拉维晶胞只包含一个原子a1=ai a2=aj a3=ak V=a^3面心立方：4个格点。
固体物理
1.按照固体的材料和原子排列的规划程度来划分，晶体，非晶体，准晶体。
2.晶体特点；长程有序性，各向异性。
3.具有六角密排格晶体；Be Mg In Ca4．配位数；一个原子周围最近邻的原子。
5．基元；每个粒子都是在空间重复排列的最小单元。
6.晶格共同特点；周期性。
可以用原胞和基矢描述。
7.对于一个空间点所，基矢的选择不是唯一的。
可以有多种不同的选择方式。
判8.原胞；一个晶格中最小重复单元。
9.晶胞；为了反映晶格的对称性，常反最小重复单元的几倍作为重复单元。
10.基矢和原胞的选择不是唯一的。
【选择|||判断】11.简单晶格必须由同种原子组成，反之，由同种原子组成的晶格却不一定是简单晶格【判断】12复试晶格；具有六角密排晶格结构的Be Mg Zn具有金刚石晶格结构的C Si Ge13.晶格的特点；1.一族平行晶列把所有点包括无遗。
2在一平面中。
同族的相邻晶列之间的距离相【选择】3通过一格点可以有无限多个晶列。
其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。
4有无限多族平行晶列。
14标志晶向的数称为晶向指数。
15用晶向指数标志一族晶列方向。
晶向指数越简单越重安。
16 1个不同的晶向【100】2面对交线晶向共有12个【110】3体对角线晶向共有8个【111】17.晶向特点；晶格中有无限多族平行晶面【判断】18密勒指数:(h h h)----标志晶面的方向19简单立方晶格维格纳----塞茨原胞为立方体面心立方晶格维格纳----塞茨原胞为正十二面体体心立方晶格维格纳----塞茨原胞为十四面体20晶胞的体积：V=|ā1×(ā2×ā3)|.例格子原胞体形：V* =|b1(b2×b3)|.原胞体形之间的关系V*=(2π) ³/v21例格子的位失的方位就是正格子中某一组晶面的法向。
22例易点阵与正点阵的关系：āi×b j=2πd ij=①2π(i=j)②0(i≠j).(i,j=1.2.3)23介电常数￡为一个二阶张量24晶体的宏观对称只可能有下列几种：1，2，3，4，6；1，2，3，4，6不可能有5重轴.7重轴…等对称素。
固体物理
六角密堆
（4）最大配位数
配位数： 一个原子最近邻的原子数
• 晶体中粒子排列的紧密程度，可以用配位数来表述 • 粒子排列的越紧密，配位数就越大 • 最大的配位数为12，其次是8、6、4（四面体，共价晶体） • 配位数是3是层状结构，2为链状结构
结构单元中被硬球占据的体积与 堆积比率： 结构单元体积之比称为堆积比率
（2）密堆积结构特点：
常见于金属晶体
只存在于由一种原子组成的晶体
可以最有效地占据空间
在几何处理上，可以将原子看成是刚性的小球
（3）密堆方式 第一层：每个小球与6个小球紧密相邻平铺构成第
一层，在第一层，每三个小球之间存在一个间隙， 每个小球周围有6个间隙，分别标记为间隙B和间隙 C，我们标记第一层为A层 。
第一层小球的 堆积方式
第二层：小球放置在第一层之上的间隙B 位置， 其在面内的整体排列也与第一层一样，标记第二 层为B层
第二层小球 的堆积方式
第三层：有两种密堆积方式，分别对应于两种
密堆积结构，一种是立方密堆积结构，另一种 是六角密堆积结构
立方密堆积(面心立方结构fcc）
第三层小球堆放在间隙C的位置之上,标记
（最大空间利用率、致密度）
n 4 r3 3
V
r为原子球的半径、n为结构单元中原子数、 V为结构单元的体积
1 11 对于立方晶胞 nni 2nf 4ne8nc
n 4 r3
3 a3
例题：1、计算简立方的堆积比率
n ni
1 2
nf
1 4
ne
1 8
nc
81 1 8
a=2r,n=1,V=a3
简单立方结构
• 整个晶体结构，都可以看 作是由这种基元沿空间三个不 同的方向，各按一定的距离周 期地平移而成
(完整版)固体物理课件ppt完全版
布拉伐格子 + 基元 = 晶体结构
③ 格矢量：若在布拉伐格子中取格点为原点，它至其
他格点的矢量 Rl 称为格矢量。可表示为
Rl
l1a1
l2a2
l3a3
，
a1,
a2 ,
a3为
一组基矢
注意事项：
1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的
2
4x
·
1
3
二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法 2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子
2·堆积方式：AB AB AB……，上、下两个底面为A
层，中间的三个原子为 B 层
3·原胞：
a, 1
a 2
在密排面内，互成1200角，a3
沿垂直
密排面的方向构成的菱形柱体 → 原胞
B A
六角密排晶格的堆积方式
A
a
B c
六角密排晶格结构的典型单元
a3
a1
a2
六角密排晶格结构的原胞
4·注意: A 层中的原子≠ B 层中的原子 → 复式晶格
bγ a
b a
b a
b a
简六体心底正简单三面心正单方底心单心交 立斜交斜 方 简单立方体心正交面立方简四体心四方简单正交简单菱方简单单斜单方
二 、原胞
所有晶格的共同特点 — 具有周期性（平移对称性）
描
用原胞和基矢来描述
述
方
位置坐标描述
式
1、 定义：
原胞：一个晶格最小的周期性单元，也称为固体物理 学原胞
a1, a2 , a3 为晶格基矢
复式晶格：
l1, l2 , l3 为一组整数
每个原子的位置坐标：r l1a1 l2a2 l3a3
固体物理的研究内容
固体物理的研究内容固体物理是物理学中的一个重要分支，主要研究固体材料的性质和行为。
固体是由原子、分子或离子组成的宏观物体，具有一定的结构和各种不同的物理性质，固体物理通过研究这些性质来揭示固体材料的内部结构和行为规律。
以下是固体物理的主要研究内容：1.晶体结构和缺陷：晶体是具有高度有序排列、周期性重复的结构的固体。
固体物理研究晶体的各种结构和缺陷，包括晶格常数、晶胞结构、晶体缺陷、晶体生长等。
通过研究晶体的结构和缺陷可以揭示晶体物理性质的产生机制。
2.电子结构和能带理论：固体物理研究固体材料中电子的行为，包括电子的能带结构、价带和导带的形成，以及电子在能带中的运动和输运性质。
电子结构和能带理论是解释固体材料的电学、磁学、光学等性质的重要基础。
3.电子输运：固体物理研究电子在固体中的传输行为，包括载流子的形成和迁移、电导率、热导率等。
电子输运研究对于电子器件的设计和性能优化具有重要意义。
4.磁性和磁性材料：固体物理研究固体材料的磁性行为，包括磁相变、磁化强度、磁导率等。
磁性材料在信息存储、能源转换等领域具有重要应用。
5.光学性质：固体物理研究固体材料对光的吸收、散射、折射等光学性质，包括光的吸收谱、折射率、色散等。
光学性质的研究对于发展光电子学、激光技术等具有重要意义。
6.声学性质：固体物理研究固体材料的声学性质，包括声速、声波传播、声吸收等。
固体材料在声学传感、声学器件等领域有广泛应用。
7.表面和界面物理：固体物理研究固体材料的表面和界面的物理性质，包括表面态、界面反应、表面扩散等。
表面和界面物理的研究对于理解固体材料的表面现象和界面特性具有重要意义。
8.低温物理：固体物理研究固体材料在低温下的性质和行为，包括超导性、超流性、磁性等。
低温物理的研究对于技术领域的超导电器件、低温电子学等有着重要应用。
总之，固体物理研究的内容非常广泛，涉及到固体材料的结构、电子、力学、磁性、光学、声学等各个方面，对于理解和应用固体材料具有重要意义。
固体物理名词解释
固体物理名词解释固体物理是物理学的一个分支，主要研究固体的结构、性质和行为。
下面是一些常见的固体物理名词及其解释：1. 晶体：是指具有规则的、周期性的排列结构的固体物质。
晶体的结构可以分为分子晶体、离子晶体和金属晶体。
2. 晶格：指晶体中原子或离子的周期性排列形式。
晶格可以使用布拉菲格子描述，通常由点阵和基元等构成。
3. 点阵：指晶体中等间距排列的点。
点阵具有特定的对称性，可以用于描述晶体的结构和性质。
4. 基元：指晶格中每个点阵点周围存在的原子或离子组合体。
基元是晶体中最小的重复单元，由一个或多个原子或离子构成。
5. 结构缺陷：指晶体中存在的非周期性的结构构造，如晶体缺陷、位错、空位等。
结构缺陷通常会影响晶体的物理和化学性质。
6. 晶体缺陷：指晶体中存在的点缺陷、面缺陷和体缺陷等。
晶体缺陷可以通过掺杂来调制晶体的性质，如掺杂硼可以使硅变为P型半导体。
7. 势阱：是指在固体中存在的势能极小区域，可以用来限制带电粒子的运动。
势阱在半导体器件中起到关键作用，如量子阱可以产生二维限制的电子态。
8. 能带结构：是指固体中电子能量的分布特性。
在固体中，电子能量分为禁带（能带间距）和导带（价带），能带结构决定了固体的电学、热学和光学性能。
9. 带隙：是指禁带和导带之间的能量间隔，也是固体电子的能量差异。
带隙的大小决定了固体的导电性质，如导带带隙较小的材料为导体，带隙较大的材料为绝缘体或半导体。
10. 位移法：是固体物理中一种描述原子或离子振动的方法。
位移法将原子或离子的振动视为固体中每个振动种类的独立模式，可以用简谐振动来描述。
以上是一些常见的固体物理名词及其解释。
固体物理研究的内容非常广泛，包括晶体结构、固体电子学、热学性质、光学性质、声学性质等多个方面。
固体物理学基础
固体物理学基础固体物理学是物理学中的一个重要分支，它主要研究物质的固态状态及其性质。
固体物理学为我们理解和应用材料科学、电子学、光学等领域提供了基础知识。
本文将介绍固体物理学的基本概念、研究对象和相关理论。
一、固体物理学的基本概念固体物理学是研究物质固态结构和性质以及固体各种物理现象的学科。
固体的特点是具有一定的形状和体积，且其分子、原子或离子在空间中有规则的排列方式。
固体物理学主要探究固体结构、热力学性质、电子性质和晶格动力学等方面的现象。
二、固体物理学的研究对象1. 结构分析：固体物理学通过利用X射线衍射、电子衍射等方法来分析物质的晶体结构。
通过这些方法，我们可以了解晶体中原子或离子的排列方式，以及晶体的晶格类型等信息。
2. 热力学性质：固体物理学研究固体的热力学性质，包括热膨胀、比热容、热传导等。
这些性质对于材料的热稳定性、导热性能等具有重要影响，也是研究材料在不同温度和压力下行为的基础。
3. 电子性质：固体物理学研究固体中电子的行为，包括导电性、磁性等。
电子在固体中的运动对于固体的电导、磁性和光学性质等起着重要作用，也是材料科学和电子学等领域的研究重点。
4. 晶格动力学：固体物理学研究固体中原子或离子的振动行为。
固体中原子或离子的振动对于固体材料的热传导、热容等性质具有重要影响。
研究晶格动力学有助于我们深入理解固体物理学中的一些基本现象。
三、固体物理学的相关理论1. 晶体学：晶体学是研究晶体结构和性质的学科。
它通过晶体的结构分析，揭示了固体中原子或离子的排列规律，为固体物理学的研究提供了依据。
2. 热力学：热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科。
在固体物理学中，热力学理论被广泛应用于研究固体的热胀、热导等性质。
3. 量子力学：量子力学是研究微观粒子行为的物理学理论。
在固体物理学中，量子力学的理论框架被用来描述固体中的电子行为，解释了许多电子性质的现象。
4. 分子动力学：分子动力学是以分子为研究对象的物理学方法，它通过数值模拟等手段研究分子的运动规律。
固体物理
理想晶体，原或分子有规则的排列成完整纯净的固体，在三维空间无限延伸，无边界;严格按周期性排列，无任何杂质; 原子在其平衡位置静止不动把某个格点同所有与它相邻的格点用线连接;在连线中点处作垂直线或面，这种方式围成的最小体积，W-S原胞。
复式格子、每一个原胞中包含两个或更多个不等价原子若晶体由全同的粒子组成的，则这些刚性原子球可能采取最紧密的堆积方式，称为密堆积. 晶体绕某一固定轴转2π/n后，再经过中心反演(x~-x )，晶体能与自身重合，则称该轴为n 度旋转-反演轴，由于旋转轴只有1,2,3,4,6度轴，旋-反轴也只有五种，为区别，在数字上加横。
滑移反映面：经过一个反映面的镜像操作后，再沿平行于该面的某个方向平移T / n的操作2. 平移对称性？晶体的微观对称操作，平移一个布拉菲格子的晶格矢量后，晶体自身重合4. 原胞的选取要求反映晶格周期性的特征，可以取最小的重复单元；而晶胞要同时反映晶体的对称性5. 金刚石是复式格子？在对角线上的原子和顶角面心上的周围情况不同，是不等价的原子。
6 点对称操作的基本元素有八种，1、2、3、4、6、i、m、4bar(i对原点的反演）10. 六角密堆结构具有6度螺旋轴和平移半周期的滑移反映面倒格子是晶体结构在波矢空间的数学表现形式布里渊区，在波矢空间中，作由某个倒格点到各个倒格点连线的垂直平分面，这些平面所围成的区域就称为布里渊区。
布里渊区界面的一般方程，实质上就是倒格子空间倒格矢的中垂面方程。
原点O到中垂面的任意矢量k，它在Kh上的投影为Kh长度的一半。
布拉格方程，入射角为θ，相邻两平面的反射线的波程差为2dsinθ，当2dsinθ=mλ, m为整数时，发生相长干涉，出现加强衍射峰劳厄方程R•(S-S0)=μλ,μ为整数，S0和S分别为入射和衍射方向上的单位矢量，当衍射波矢和入射波矢相差整数倍个倒格矢时，就满足衍射加强条件原子散射因子，原子内所有电子的散射波的振幅的几何和与一个假设位于原子中心的电子的散射波振幅之比。
固体物理学--ppt课件
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
PPT课件
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。
PPT课件
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
PPT课件
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
PPT课件
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)
PPT课件
固体物理§1-1,2
任一格点的位臵矢量可以表示为：
Rn ma nb lc
式中m、n、l为有理数。
初基原胞是只考虑点阵周期性的最小重复单元 惯用原胞是同时考虑周期性与对称性的尽可能小 的重复单元。 根据不同的对称性，有的布拉菲格子的初基原胞 和惯用原胞相同，有的有明显的差别，但后者的 体积必为前者的整数倍，这一整数正是惯用原胞 中所包含的格点数。
方晶格结构的Au、Ag、Cu等晶体都是简单晶格
简单晶格中所有原子是完全“等价”的，它们不 仅化学性质相同而且在晶格中处于完全相似的地 位。
复式格子：晶体是由两种或两种以上的原子构 成的，基元包含了两个或两个以上的原子，这种 晶格称为复式晶格。 每一种同种类原子形成的网格与格点形成的网格 有相同的几何结构，称为布拉菲子晶格，整个晶 格可看作是由若干个不同种类的原子所形成的布 拉菲子晶格相互位移套构而成的。 子晶格就是安臵基元的布拉菲格子，子晶格的数 目就是基元中的原子或离子数目。 复式格子＝晶体结构 复式格子≠B格子
教材：
曹全喜，雷天民，黄云霞，李桂芳等著，固体物理，电 子科技大学出版社
参考教材：
黄昆原著，韩汝琦改编，固体物理学，高等教育出版社
方俊鑫，陆栋主编，固体物理学，上海科学技术出版社
陆栋，蒋平，徐至中编著，固体物理学，上海科学技术 出版社
第一章
晶体结构
本章概述
核心是讨论晶体结构的周期性和对称性。 介绍空间点阵、布拉菲格子、基元、原胞、晶格、对称 操作、晶体指数等重要概念，并列举一些常见的、典型 的晶体结构。 简要介绍晶体X射线衍射的原理和方法，以及分析晶体 衍射的倒格子和布里渊区等概念。 在阅读材料里，简单介绍了准晶态和非晶态材料的结构， 群与晶体空间点阵的分类。
固体物理概念(自己整理)
1.晶体-----内部组成粒子（原子、离子或原子团）在微观上作有规则的周期性重复排列构成的固体。
晶体结构——晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。
金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。
晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。
2.晶体的通性------所有晶体具有的共通性质，如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等。
3.单晶体和多晶体-----单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终；多晶体由许多小单晶无规堆砌而成。
4.基元、格点和空间点阵------基元是晶体结构的基本单元，格点是基元的代表点，空间点阵是晶体结构中等同点（格点）的集合，其类型代表等同点的排列方式。
倒易点阵——是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵，它也是描述晶体结构的一种几何方法，它和空间点阵具有倒易关系。
倒易点阵中的一倒易点对应着空间点阵中一组晶面间距相等的点格平面。
5.原胞、WS原胞-----在晶体结构中只考虑周期性时所选取的最小重复单元称为原胞；WS原胞即Wigner-Seitz原胞，是一种对称性原胞。
6.晶胞-----在晶体结构中不仅考虑周期性，同时能反映晶体对称性时所选取的最小重复单元称为晶胞。
7.原胞基矢和轴矢----原胞基矢是原胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量；晶胞基矢是晶胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量，通常以晶胞基矢构成晶体坐标系。
8.布喇菲格子（单式格子）和复式格子------晶体结构中全同原子构成的晶格称为布喇菲格子或单式格子，由两种或两种以上的原子构成的晶格称为复式格子。
9.简单格子和复杂格子（有心化格子）------一个晶胞只含一个格点则称为简单格子，此时格点位于晶胞的八个顶角处；晶胞中含不只一个格点时称为复杂格子，其格点除了位于晶胞的八个顶角处外，还可以位于晶胞的体心（体心格子）、一对面的中心（底心格子）和所有面的中心（面心格子）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绪论-发展历程
这个期间中，人工微结构材料和微器件研究取得重大进展， 过去，新材料制造方面的工作虽然也包括人工合成、人工提 纯和人工拉制单晶等，但所得到的材料还是自然界中可能存 在的，只是通过人工条件得到比自然条件下某种性能更优异 的材料。20世纪70年代开始的人工超晶格材料的研究，则开 创了完全由人工设计和制备全新材料的新纪元，这些材料的 性能往往可以从理论上预先估计，从而有目的的进行研究。 它得到的是全新的材料—人类智能的结晶，一维量子势阱和 巨磁电阻效应就是在超晶格材料中发现的。
绪论-发展历程
固体物理促进高技术发展的实例：硬盘的发展
IBM 硬盘存储密度的发展与磁头的关系
绪论-发展历程
9 1995年，美国NVE公司开始制造和销售GMR电桥元件； 9 1997年推出制作在半导体芯片上的数字式GMR传感器； 9 1998年IBM公司开发成功自旋阀(SV)GMR读出磁头并正式 上市，使硬磁盘驱动器(HDD)的面记录密度提高到20Gbpi。 据统计，目前这种磁头已占领磁记录磁头市场份额的95％， 每季度的产值可达10亿美元。 9 2000年，富士通公司开发出记录密度达56.3Gbpi的SV G MR磁头； 9 1998年，西门子公司开发的旋转检测GMR传感器上市； 9 1999年至2001年，美国的IBM、摩托罗拉，德国的Infineo n等公司先后研制成功实用的MRAM芯片。
绪论-发展历程
从二十世纪固体物理发展中得到的几点认识：
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，反而变得更加突出。
课程报告
分组 - 分为4组
第1组：非晶、准晶和液晶 第2组：纳米材料 第3组：固体结合 第4组：介电固体的性质 考核内容
– 讲授内容(ABCD)-60% – PPT制作(ABCD)-20% –提问回答(ABCD)-20%
注：A为100分，B为80分，C为60分，D为40分
教学内容
0. 绪论 1. 固体的结构—几何结构、原子结构 2. 固体的结合—原子间的结合力 3. 晶格动力学—材料热、电基础 4. 金属电子论—自由电子运动 5. 能带理论—半导体物理基础 6. 介电固体的性质—电介质基础 7. 固体的磁性—磁性材料基础
2 nm
十面体铁纳米颗粒
Ling T, Yu H M, Liu X H, Shen Z Y, Zhu J. Crystal Growth & Design, 2008, 8, 4320.
四面体和十面体铁纳米颗粒
Ling T, Yu H M, Zhu J. The Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113, 9450.
9 自此之后的几十年是创立固体理论的辉煌时期：
绪论-发展历程
9Einstein 1907和Debye 1912，建立了固体比热的量子理论， 解释了低温比热为什么低于Dulong-Petit值。
9Born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。 9Sommerfeld 1928采用Fermi统计，用量子论的观点修正了 经典电子论。 9Bloch 1928近似求解周期势场中的Schodiger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。
9 固体物理学是一个联结微观世界和固体宏观性质 的桥梁。
绪论-发展历程
9 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。 9 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。
绪论-发展历程
从固体物理到凝聚态物理一方面是传统固体物理的向 外扩展，使研究对象不再局限于晶体，还包括非晶态、 超晶格、液态物质如：液氦，液晶，液态金属，电解 液等，另一方面这种扩展也是传统固体物理学中一些 基本概念深化的结果，这些深化了的概念对传统固体 物理学的内容做了更高度的概括，可以推广应用于比 晶态物质更复杂的体系中，因此我们不能认为由于研 究范围的扩展，传统固体物理的方法就过时了，恰恰 相反，只有学好传统固体物理的内容，才能进入凝聚 态物理的研究中。
Ling T, Xie L, Zhu J, et al. Nano Letters, 2009, 9, 1572.
2 nm
二十面体铁纳米颗粒
[111]
2 nm
Ling T, Xie L, Zhu J, et al. Nano Letters, 2009, 9, 1572.
二十面体铁纳米颗粒
Ling T, Xie L, Zhu J, et al. Nano Letters, 2009, 9, 1572.
规则形貌铁纳米颗粒的尺寸效应
Ling T, Yu H M, Zhu J. The Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113, 9450.
规则形貌铁纳米颗粒的尺寸效应
ri rd
rt rc
Ui (r) = Uc +Us +Ue +Ut = Vi (r)Ec + Si (r)γ111 + Vi (r)Wi + Ti (r)γ t
“倒易空间和布里渊区是固体物理的Maxwell方程”
绪论-发展历程
该理论体系研究的主要成果：
弹性波在周期势场中的传播－晶格动力学； X射线在周期势场中的传播－X射线衍射学； 电子在周期势场中的传播－能带论；
应用上述理论可以正确地阐明晶体的电性质、磁性质、 光学性质，热性质、超导性等各种物理性质，并开启 了晶体材料在各种新技术中，特别是信息技术中的应 用，使固体物理在二十世纪后半叶得到了飞速的发展。
绪论-发展历程
GMR效应：是量子力学效应，它是在层状的磁性薄膜结构中观察到的。这种 结构由铁磁材料和非磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时， 载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平 行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。三层结构的与自旋有关的 输运性质如图所示，上下两层为铁磁材料，中间夹层是非磁材料。铁磁材料 磁矩的方向是由加到材料的外磁场控制的。现在可以制造出对小的磁场就能 得到很大电阻变化的材料，并且可以在室温下工作。
绪论-发展历程
固体
晶体
非晶体
准晶体
纳米 材料
超晶格
团簇 材料
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。
绪论-发展历程
上世纪六七十年代后的发展，极大地扩展了固体物理的研 究对象和研究领域，丰富了固体理论的内容。这时再使用 已经当作晶体同义词的“固体”一词表述该领域显然是不 妥当的，人们提出了“凝聚态物理”的概念。然而至目前 为止，已经成熟并获得巨大成功的固体理论体系仍然还是 建立在对晶体研究的基础上，只完全适用于对晶态块状物 质的讨论。无序、纳米体系材料物理性质的理论研究显然 不能沿用上述理论体系，它们的理论研究仍处在起步和发 展阶段，其理论体系尚在建立之中，因此至目前为止，虽 已有《凝聚态物理》的论著，但真正建立起对所有固体普 遍适用的统一理论还有很大困难。
8. 材料物理学概论
李言荣 恽正中 清华大学出版社
教学安排
第13 -20周 - 5-8节, 26A 507
教学方法 –课堂讲授
考察方法 –课程报告(30 %) + 课堂练习 (10 %) –半开卷考试 (60 %)
联系方式 –第25教学楼C区806室 – lingt04@ – PPT: semiphysics@126. com 密码:semiphysics 2012
绪论-发展历程
绪论-发展历程
绪论-发展历程
绪论-发展历程
绪论-发展历程
绪论-发展历程
上世纪六七十年代后，固体物理的发展更为迅速，不但晶 体材料的研究更加完美，而且逐渐走出大块晶体的范畴， 开始了对微细材料和无序固体的开发和利用，新发现、新 进展接踵而来。 9 1973年非晶态金属薄膜商品化； 9 1976年非晶硅太阳能电池问世； 9 1984年在人工合成材料中发现准晶体； 9 1984年首次合成了纳米金属晶体Pd,Fe等； 9 1985年发现了以C60为代表的团簇化合物； 9 1986年新型高温超导材料的发现； 9 1988年发现巨磁电阻效应(GMR)； 9 1991年发现碳纳米管； 9 1994年发现超大磁电阻效应(CMR)； 9 1995年穿隧磁电阻(TMR)的再发现
绪论-发展历程
1959年，费曼(Richard Feynman)就设想： “如果有一天人们可以按照自己的意志排列原子和
分子，那会产生什么样的奇迹！” “毫无疑问，如果我们对细微尺度的事物加以控制
的话，将大大扩充我们可以获得物性的范围” 如今，费曼的预言已经初步实现：我们已能够制备
包括几十个到几万个原子的纳米粒子，并把它们作为基 本构成单元，适当排列成一位量子线、二维量子面和三 维纳米固体。
绪论-发展历程
固体物理学是二十世纪物理学中发展最快、影响最大、领 域最广的一门学科。
Shockley,*Bardeen,Brattain1947年12月23日发现了半导 体晶体管的放大效应，由此带来的巨大影响是固体物理和 高科技发展关系的最典型的说明。1950年晶体三极管，19 54年硅晶体管，1959年集成电路，之后大规模集成电路， 超大规模集成电路相继问世，极大地推动了计算机的发展， 促成了人类历史上的第3次技术革命。