高等固体物理(基泰尔)Su9

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大学物理《固体物理学》教案

大学物理《固体物理学》教案

《固体物理学》教案<br>陈晓明 物理学与信息技术学院 (二零一二年十一月)<br><br>

《固体物理学》教案 【基本信息】<br>任课系部:物理学与信息技术学院<br>课程名称<br>固体物理学<br>课程编号<br>0641121<br>教学对象<br>课程类型<br>授课方式 总学时数 学时分配 教材名称<br>物理学专业 年级/学期 三年级/第二学期 授课方式 单班(√);合班()<br>必修课<br>公共基础课(); 专业课(√)<br>选修课<br>限选课(); 任选课()<br>课堂讲授(√);讨论课(√)<br>考核方式<br>考试(√);考查()<br>54<br>学分数<br>3<br>课堂讲授 49 学时;讨论课 5 学时<br>《固体物理学》 作者<br>黄昆 韩汝琦<br>出版社 /出版时间<br>高等教育出版社 /2006<br>《固体物理简明 教程》<br>蒋平 徐至中<br>复旦大学出版社 /2010<br>《固体物理基础》<br>阎守胜<br>北京大学出版社 /2002<br>指定参考书 《固体物理基础》 作者<br>韦丹<br>出版社 /出版时间<br>清华大学出版社 /2010<br>《固体物理教程》<br>王矜丰<br>《Introduction to Solid State Physics》<br>CHARLES KITTEKL<br>授课教师<br>陈晓明<br>职称 副教授<br>单位<br>山东大学出版社 /2008<br>John Wiley /Eighth Edition<br>物理学与信息技术 学院<br><br>

高等固体物理(基泰尔)su9.1

高等固体物理(基泰尔)su9.1

Wood公式。可以证明,系统的总电导主要来自费米
面附近电子的贡献,当EF位于扩展态区域,材料表现 出金属的导电特性;当EF位于定域态区域,材料呈现
出非金属性质。
在有限温度下,当EF位于定域态区域时,导电 率也并不为零。可借助声子的作用(热激发),实 现电子在不同定域态之间的转移,导电率随温度升 高而升高,电阻的温度系数为负值。这种情况称为 费米玻璃。 若改变条件,如改变电子浓度,使EF处在能带中 的位置不同;或改变无序度,使迁移率边的位置移动,
子的散射起主要作用,晶粒越大,电阻及电阻温度
系数就越接近常规粗晶材料,这时因为常规粗晶材 料的电阻主要以晶粒内的散射为主 当晶粒尺寸小于电子的平均自由程时,晶粒间界对 电子的散射起主要作用。这时材料的电阻以及电阻 温度系数明显偏离粗晶材料,甚至会出现负电阻温 度系数
二、Wilson转变 在紧束缚近似情况下,能带的宽度取决于近邻原子
0 +U
0
1/r
五、Anderson转变 在无序系统中,电子的运动除了扩展态外,还存 在定域态。这些定域态出现在能带底以下和能带顶以 上的带尾区域。在能带的中间区域的电子态为扩展态, 它们之间的分界称为迁移率边
对于无序系统的短自由程情况,在讨论电导问题 时,Boltzmann方程不再适用,而要用Kubo-Green
四、Mott转变 考虑一个由其价电子只有一个ns电子的原子(如

高等固体物理(2009级硕士)

高等固体物理(2009级硕士)

2009级硕士高等固体物理课程试题

合分人:

1.布里渊区

2.晶格振动的声学波和光学波

3.共价结合

4.能带

5.Meissner效应

6.空穴

(说明:认为陈述正确的在括号内打“√”;否则在括号内打“×”

1.立方晶系晶体的晶胞和原胞均为立方体。()

2.金属性结合的吸引作用是库仑相互作用。()

3.bcc单晶的x射线衍射实验中,所有满足布喇格条件的位置都会出现衍射峰。()4.爱因斯坦近似更适用于近似晶格振动的光学支,而不是声学支。()

5.声子碰撞的N过程不影响热流的方向。()

6.原子内层电子的能带结构可以用近自由电子近似来处理。()

7.P型半导体的主要载流子为电子。()

8.回旋共振可以用来测量载流子浓度。()

9.声子和电子一样,均服从费米-狄喇克分布。()

10.六角密排结构晶体中不会出现晶格振动的光学支。()

11.一个电子能带最多能填充的电子数等于晶体的原胞数N。()

12.假设晶格振动是严格简谐的,晶体就不会出现热膨胀。()

三、简答题:(每题6分,共24分)

1.晶体的x射线衍射实验中,衍射峰出现的条件是什么?2.简述紧束缚近似的适用领域、处理方法和主要结果。3.请说明晶体中电子的有效质量的特点和物理意义。

4.解释霍尔效应,并说明利用霍尔效应可以测量载流子的哪些特性。

四、计算题:(每题分数见题后,共40分)

1.设面心立方晶体晶胞参数为a,分别求出其正格子和倒格子原胞和晶胞的体积。若其为一价金属,求其费米波矢的大小。(15分)

2. 若一维晶体势为

其中n 为整数,a = 4d ,U 0 > 0。(10分)

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献

基泰尔. 固体物理导论. 参考文献

一、概述

1. 介绍固体物理学的重要性和研究对象

2. 引出本文主要内容

二、基泰尔固体物理导论概述

1. 基泰尔的学术背景和成就

2. 《固体物理导论》的出版历史和影响

三、固体物理导论的主要内容

1. 原子结构和晶体学

1) 原子的结构和性质

2) 晶体的分类和性质

2. 晶格振动和声学性质

1) 晶格振动的基本理论

2) 固体中的声波传播

3. 电子结构和导电性

1) 原子的电子结构

2) 固体中的电子行为与导电性

4. 磁性与磁介质

1) 磁性材料的分类与特性

2) 磁介质的应用与研究

5. 绝缘体和半导体

1) 绝缘体与半导体的性质对比

2) 半导体材料与器件的发展

四、《固体物理导论》的学术贡献

1. 对固体物理学的理论框架和实验研究的影响

2. 在教学和科研领域的地位和价值

五、结论

1. 总结基泰尔的《固体物理导论》对固体物理学研究的重要性和影

2. 展望固体物理学领域的未来发展方向

参考文献

基泰尔. 固体物理导论. Springer-Verlag出版社. 1986.六、基泰尔

固体物理导论概述

基泰尔(Charles Kittel)是一位美国著名的物理学家,生于1916年。他曾在伯克利加州大学任教并从事磁性物理学、凝聚态物理学等领域

的研究工作。基泰尔教授是固体物理学领域的权威专家,他在磁性、

声子、电子结构等方面的研究成果丰硕,对固体物理学的发展做出了

杰出贡献。

《固体物理导论》是基泰尔教授于1953年首次出版的著作,其后多次修订,成为固体物理学领域最为权威和经典的教材之一。这部著作系

统全面地介绍了固体物理学的基本理论和方法,对研究者和学习者有

固体物理学—课程介绍

固体物理学—课程介绍

From http://en.wikipedia.org/wiki/Solid
16
说明:
固体物理研究的不是单个原子的性质,而是大 量原子组成在一起形成固体后所表现出来的集 体性质。 因此只有通过对固体微观结构和组成 固体微观粒子之间的相互作用及运动机制的研 究才能理解固体的性质。
•例如:性质完全不同的无定形碳、石墨和金刚 石都是由相同的碳原子组成的,是碳原子空间 排列和结合方式的差异带来了其物理性质的极 端不同。
两次Nobel物理奖获得者巴丁(J.Bardeen)说: 固 体物理学依据物质的电子结构和原子结构来了 解固体的各种性质。
17
物质的状态
Water is water, unless it heats up. Whirl. Swirl. Watch it curl by. Steam is steam, unless it cools high.
固体物理学
课程介绍
1
课程概要
固体物理基础 Solid State Physics 课程属性: 专业核心课 学时/学分: 72/4 预修课程: 量子力学、热力学与统计物理 教学目的和要求: 本课程为物理学与电子科学与技术专业研究生的专业 核心课。主要内容包括固体物理的基本理论和基本知 识,介绍晶体的结构和结合方式;研究固体的热学、 电学、光学和磁学等基本物理性质的普遍规律。要求 学生掌握固体物理的基本概念和基本理论,并将其灵 活地应用于物理、化学、材料和纳米科学技术等学科 领域。

高等固体物理(基泰尔)例题

高等固体物理(基泰尔)例题

势能的平均值
势能的平均值

2 a2 b 2 V m 2 m 96 6
在近自由电子近似模型中,势能函数的第n个傅里叶系数
第一个带隙宽度
E g1 2V1
2 a 3 m 2 3 m 2 2 第二个带隙宽度
8b 2
E g 2 2V2
a2 2 2 m m 16 2
一维近自由电子近似中,用简约波矢表示的波函数
第n个能带零级波函数
第一个能带
1 2a x e L
i

第二个能带
1 e L
第三个能带
i
3 x 2a
1 e L
i
5 x 2a
例题 电子在周期场中的势能函数
且a=4b,是常数。 1) 画出此势能曲线,并计算势能的平均值; 2) 用近自由电子模型,计算晶体的第一个和第二个带隙 宽度
5
2

6.70 1013 rad / s
光学波的最小频率
O min
2 5.99 1013 rad / s m
2)相应声子的能量
E
A max
1.97 10 eV
2
E
O max
4.4110 eV
2
O Emin 3.94 102 eV
3)认为声子是独立的,形成无相互作用的声子气体,不

高等固体物理(基泰尔)su8.1

高等固体物理(基泰尔)su8.1

MIS体系的机理 金属层 —— 栅极
氧化物(SiO2 ~ 100nm)
半导体接地 —— P型半导体 1) 在栅极施加电压为负时,半导体中的空穴被吸收到IS表 面,并在表面处形成带正电荷的空穴积累层
2) 在栅极施加电压为正时,半导体中的多数载流子——空 穴被排斥离开IS表面 少数载流子—— 电离的受主电子被吸收表面处
E
E
1. 平衡PN结势垒
电子浓度 空穴浓度 —— 掺杂的N型半导体材料,在杂质激发的载流子范围,电 子的浓度远远大于空穴的浓度,费密能级在带隙的上半 部,接近导带
P型半导体材料中,费密能级在带隙的下半部,接近价带
N型和P型材料分别形成两个区 —— N区和P区
N区和P区的费密能级不相等,在PN结处产生电荷的积累 —— 稳定后形成一定的电势差
—— 足够低的温度下,载流子主要是从施主能级激发到导 带的电子
导带中电子的数目是空的施主能级数目
因为
—— 两式消去 EF
—— 导带底与施主能级差
施主的电离能
N D Ei / kBT 1/ 2 1 [1 4( )e ] N 导带中电子的数目 n (2 / N )e Ei / kBT
P区相对于N区具有电势差 ——
PN结势垒作用
正负载流子在PN结处聚集,在PN结内部形成电场 ——自建场 —— 电场对于N区的电子和P区的空穴是一个势垒 —— 势垒阻止N区大浓度的电子向P区扩散

固体物理第三章答案

固体物理第三章答案

6. 证明在极低温度下,一维单式晶格的热容正比于 T .
证:在极低温度下,可用德拜模型,q 点密度为 d 区间格波数为 g( )d=2
L 2
= g
L L d L dq = d dw 2 dq
所以格波密度函数 g( )=
L

只有
K BT
k BT 的格波才能被激发,已激发的格波数为;
1.设有一双子链最近邻原子间的力常数为和 10, 两种原子质量相等, 且最近邻距离为 a/2, 求在 q=0,q=
处的 (q).并定性画出色散曲线。 a
m m 10 m m ____________________________________________________
|
得:
p
DL N
(7)
代入(6)式 得: E 零=
N N N d K B QD 4 4 4a
KT
4. 试用平均声子数 n=( e
1) 1 证明:温度为 T 时,对单式格子,波长足够长的格波
T 3 ) 。 D
平均能量为 KT; 当 T Θ D 时, 大约有多少模式被激发?并证明此时晶体比热正比于(
2 A 2 A
q 0


时 a
m
(11 11) 0 (11 9) 2 m
1 2

高等固体物理(基泰尔)Su6

高等固体物理(基泰尔)Su6

Chapter 6: Free Electron Fermi Gas
自由电子气模型
自由Na原子的 电子组态 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1
一、价电子与传导电子
价电子轨道半径0.19nm
价电子决定了元素的大多数化学性质
自由电子气模型
价电子 传导电子
一、价电子与传导电子
传导电子决定了金 属的大多数特性
1. Energy Levels in One Dimension
The Schrodinger equation (-ħ2/2m)d2n/dx2=n n , where n is the energy of the electron in the orbital. The boundary conditions are n (0)=0; n (L)=0. Then n (x)=Asin(2 x/ n); n n/2=L, where A is a constant. See Page 144 for the detail proof:
3. Free Electron Gas in 3D
p k(r) =-i ħ k(r) = ħ k k(r), so that the plane wave k(r) is an eigenfunction of the linear momentum with the eigenvalue ħ k; The particle velocity in the orbital k is given by v= ħ k/m. In the ground state of a system of N free electrons the occupied orbitals may be represented as points inside a sphere in k space.

基泰尔固体物理导论第二版答案

基泰尔固体物理导论第二版答案

基泰尔固体物理导论第二版答案

1、17.影视剧中,为了防止演员受伤,砸向演员的道具石头一般是用泡沫塑料制成的。将小石块和道具石头分别放在调节好的天平左右盘,横梁静止后的情景如图所示。下列说法正确的是()[单选题] *

A.道具石头的质量比小石块的质量大

B.道具石头的密度比小石块的密度大

C.质量相同时,道具石头的体积比小石块的体积小

D.体积相同时,道具石头的质量比小石块的质量小(正确答案)

2、53.下列实例中不能用光的直线传播解释的是()[单选题] *

A.水中倒影(正确答案)

B.手影的形成

C.日食和月食

D.小孔成像

3、曾侯乙编钟是我国古代的一种打击乐器,如图所示。青铜编钟按钟体大小依次悬挂,可以演奏出美妙的乐曲。下列关于编钟的说法,正确的是()[单选题]

A.编钟正在发声,但不一定在振动

B.编钟钟体越小,发出声音的音调越高(正确答案)

C.编钟钟体越大,发出声音的响度越大

D.编钟可以奏出美妙的音乐,但不会产生噪声

4、下列说法正确的是()*

A.一定质量的理想气体,放热的同时外界对其做功,其内能可能减少(正确答案)

B.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点

C.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体,但不能自发地从低温物体传递到高温物体(正确答案)

D.当分子间的距离增大时,分子之间的引力和斥力均同时减小,而分子势能一定增大

5、B.对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,压强可以不变(正确答案)

C.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行(正确答案)

D.由于液体表而分子间距离大于液体内部分子间的距离,所以液体表面具有收缩的趋势(正确答案)

固体物理导论基泰尔

固体物理导论基泰尔

固体物理导论基泰尔

固体物理(基泰尔)导论是一门研究固体物质的基本性质和行为

的学科。它涵盖了固体物质的结构、晶体学、物理性质以及与固体中

的电子和声子相关的现象。该学科的目标是深入理解固体物理学的原则,并应用它们来解释和预测固体材料的行为。

固体物理导论基于基本定律和量子力学原理,探讨了原子和分子

如何在固体中组合成结晶结构,以及固体结构如何与其物理性质相互

关联。在这门学科中,我们学习了晶体学的基本概念和方法,包括点

阵结构、晶胞和布拉伐格点。我们还研究了晶体中的缺陷和扩散问题,以及固体中的晶格振动和声子特性。

固体物理导论还包括对固体中的电子行为的研究。我们研究了固

体中的能带结构、导电性和磁性等现象,并探讨了电子在固体中的输

运性质。我们还研究了金属、绝缘体和半导体等不同类型的固体以及

它们的性质。

固体物理导论基泰尔的一个重要应用领域是材料科学和工程。通

过深入了解固体物理的原理,我们可以设计和合成具有特定性质的新

材料,并优化现有材料的性能。例如,在电子器件和能源存储领域,

我们可以利用对固体中电子行为的理解来设计更高性能的材料。

总之,固体物理导论基泰尔是一门重要的学科,它研究了固体物

质的基本性质和行为,并为我们理解和应用材料科学提供了基础。通

过学习固体物理导论,我们能够探索和理解固体世界中的奇妙现象,

并为解决现实世界中的问题做出贡献。

基泰尔固体物理导论pdf

基泰尔固体物理导论pdf

基泰尔固体物理导论pdf

全文共四篇示例,供读者参考

第一篇示例:

《基泰尔固体物理导论》是一本深入浅出、详实全面的固体物理教材,涵盖了固体物理学的基础知识和重要理论。本书以清晰易懂的语言阐述了固体的基本特性、晶体结构、物理性质以及固体物理学的各种理论模型和实验方法,为学习者提供了理论知识和实践技能的完整指南。

在《基泰尔固体物理导论》中,读者将了解到固体是由原子或离子组成的,在空间中有规则的周期性排列形成了晶体结构,而这种结构决定了固体的物理性质。作者从最基本的晶体结构开始讲起,介绍了几何晶体学的概念和原理,例如晶体的对称性、点阵、晶胞等。接着讲解了固体的晶格缺陷、热学性质、电学性质、磁学性质等内容,全面掌握固体物理学的基本理论。

本书的独特之处在于将理论知识与实际应用相结合,通过各种案例分析和实验技术的介绍,帮助读者更深入地理解固体物理学的概念和原理。书中还包含大量的习题和实例,有助于读者巩固所学知识,提高解题能力。无论是作为固体物理学的教材还是作为自学的工具,都非常实用和可靠。

通过学习《基泰尔固体物理导论》,读者将对固体物理学有一个全面深入的了解,能够从微观角度理解固体的性质和行为,为进一步学

习和研究提供了坚实的基础。这本书不仅适合物理专业的学生和研究

人员,也适合对固体物理学感兴趣的读者阅读,是一部不可多得的精

彩之作。

第二篇示例:

《基泰尔固体物理导论》是一本经典的固体物理学教材,由基泰尔(Kittel)教授撰写。该书系统地介绍了固体物理学的基本概念和理论,为学生和研究者提供了深入理解固体物理学的良好基础。

大学固体物理ppt课件

大学固体物理ppt课件

包括:
电离子子动动能 能TˆeTTˆˆzeUTˆˆzTeUUˆˆeˆeUzUˆˆziUezˆVeˆzVˆ2m22
电子-电子相互作用T能ˆeTˆzUˆeUˆ zUˆezVˆ
多粒子体系

多电子体系
Tˆ Tˆ Uˆ Uˆ Uˆ Vˆ 离子-离子相互作T用ˆeTˆ能zUˆeUˆzUˆezVˆ
电子-离子相互T作ˆeTˆ用zUˆ能eUˆ zUˆezVˆ
k
l1 N1
b1
l2 N2
b2
l3 N3
b3
利用 k.ai ?
k .a1
l1 N1
2
k .a2
l2 N2
2
k .a3
l3 N3
2
代入: i
1 eik.a1
由此得证:
2 eik.a2
3 eik .a3
18
n a n a T rT R T rr n a n a r R rrn ea en a en a r T e T 2 2
离子、电子在外场中的势能 e z e z ez
V r2单m2↓电V子2r体V系Rrn 6
周期势场中单电子态薛定谔方程:
V单电r子2的mV2 本r征2态RV波n 函r数
r
E r
单电子本征态能量
布洛赫电子:这种无相互作用并在周期性势场中
运动的电子!

固体物理教程答案

固体物理教程答案

固体物理教程答案

【篇一:黄昆固体物理课后习题答案4】

>思考题

1.设晶体只有弗仑克尔缺陷, 填隙原子的振动频率、空位附近原子的振动频率与无缺陷时原子的振动频率有什么差异?

[解答]

正常格点的原子脱离晶格位置变成填隙原子, 同时原格点成为空位,

这种产生一个填隙原子将伴随产生一个空位的缺陷称为弗仑克尔缺陷. 填隙原子与相邻原子的距离要比正常格点原子间的距离小,填隙原子与相邻原子的力系数要比正常格点原子间的力系数大. 因为原子的振动频率与原子间力系数的开根近似成正比, 所以填隙原子的振动频率比正常格点原子的振动频率要高. 空位附近原子与空位另一边原子的距离, 比正常格点原子间的距离大得多, 它们之间的力系数比正

常格点原子间的力系数小得多, 所以空位附近原子的振动频率比正常格点原子的振动频率要低.

2.热膨胀引起的晶体尺寸的相对变化量?l/l与x射线衍射测定的晶格常数相对变化量?a/a存在差异,是何原因?

[解答]

la.

3.kcl晶体生长时,在kcl溶液中加入适量的cacl2溶液,生长的

kcl晶体的质量密度比理论值小,是何原因?

[解答]

2?2??由于ca离子的半径(0.99a)比k离子的半径(1.33a)小得不是

太多, 所以caoo

离子难以进入kcl晶体的间隙位置, 而只能取代k占据k离子的位置. 但ca

一价, 为了保持电中性(最小能量的约束), 占据k离子的一个

ca?2???2?比k高?将引起相邻的一个k?变成空位. 也就是说, 加入的cacl2越多, k?空位就越多. 又因为ca的原子量(40.08)

基泰尔固体物理导论pdf

基泰尔固体物理导论pdf

基泰尔固体物理导论pdf

基泰尔固体物理导论是一本非常重要的教材,它以简洁明了的方

式介绍了固体物理学的基础知识和理论。本书系统地阐述了固体的结构、电子结构、磁性、光学性质等方面。通过对基础理论的深入讨论

和实例的详细说明,读者可以全面了解和掌握固体物理学的核心概念

和研究方法。

首先,基泰尔固体物理导论详尽地介绍了固体的结构。它从晶体

结构的基本概念出发,引导读者了解不同晶体结构的特征和分类方法。通过图文并茂的解释,读者可以直观地了解到晶格常数、晶体面、晶

体点阵等概念。此外,本书还详细介绍了非晶体、多晶体等其他结构

类型,使读者对不同结构类型的固体有更加全面的认识。

其次,基泰尔固体物理导论还深入剖析了固体的电子结构。它从

带隙理论出发,讲解了固体的导电性和绝缘性。通过理论模型和实例

分析,读者可以了解到电子能带理论、费米能级、能带隙等重要概念。同时,本书还介绍了波函数、布洛赫定理等量子力学原理在固体物理

中的应用。这些内容的讲解,有助于读者全面掌握固体电子结构的基

本原理。

此外,基泰尔固体物理导论还详细讨论了固体的磁性和光学性质。本书首先介绍了自发磁化、顺磁性、反磁性等磁性现象的理论解释。

接着,它详细讨论了固体的磁性相变和磁性材料的应用。在光学性质

方面,本书从电磁波理论出发,解释了固体对光的吸收、散射、折射

等现象。通过大量的实例和图表,读者可以更好地理解固体的磁性和光学性质的原理和应用。

最后,基泰尔固体物理导论还提供了丰富的习题和解答,帮助读者巩固所学知识。这些习题既包括理论推导题,又包括实例分析题,涵盖了固体物理的不同方面。通过解答这些习题,读者可以检验自己对固体物理学的掌握程度,同时也可以加深对理论原理的理解。

大学固体物理考试题及答案参考

大学固体物理考试题及答案参考

固体物理练习题

1.晶体结构中,面心立方的配位数为 12 。

2。空间点阵学说认为 晶体内部微观结构可以看成是由一些相同的点子在三维空间作周期性无限分布 。

3.最常见的两种原胞是 固体物理学原胞、结晶学原胞 。

4.声子是 格波的能量量子 ,其能量为 ħωq ,准动量为 ħq .

5。倒格子基矢与正格子基矢满足 正交归一关系 。

6。玻恩-卡曼边界条件表明描述有限晶体振动状态的波矢只能取 分立的值 , 即只能取 Na

的整数倍。

7.晶体的点缺陷类型有 热缺陷、填隙原子、杂质原子、色心 .

8.索末菲的量子自由电子气模型的四个基本假设是 自由电子近似、独立电子近似、无碰撞假设、自由电子费米气体假设 。

9。根据爱因斯坦模型,当T→0时,晶格热容量以 指数 的形式趋于零。

10.晶体结合类型有 离子结合、共价结合、金属结合、分子结合、氢键结合 。

11。在绝对零度时,自由电子基态的平均能量为 0F 5

3E 。 12。金属电子的 B m ,23nk C V = 。 13.按照惯例,面心立方原胞的基矢为 ⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+=)(2)(2)

(2321j i a a k i a a k j a a

,体心立方原胞基矢为 ⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎨⎧-+=+-=++-=)(2)(2)

(2321k j i a a k j i a a k j i a a

。 14 。对晶格常数为a 的简单立方晶体,与正格矢k a j a i

a R ˆˆˆ22++=正交的倒格子晶面族的

面指数为 122 , 其面间距为 a 32π 。

15。根据晶胞基矢之间的夹角、长度关系可将晶体分为 7大晶系 ,对应的只有14种 布拉伐格子.

相关主题
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ELECTRON ORBITS, HOLE ORBITS, AND OPEN ORBITS
Electrons in a static magnetic field move on a curve of constant energy on a plane normal to B Fermi surface Fig12 closed orbit: (a) and (b) (a) holelike (b) electronlike
Reduced Zone Scheme
select the wavevector index k of any Bloch function to lie within the first Brillouin zone using Bloch function Bloch theorem The eigenfunctions of the wave equation for a periodic potential are the product of a plane wave exp(ik•r) times a function uk(r) with the periodicity of the crystal lattice. The solutions of the Schrodinger equation for a periodic potential must be of a special form:
States degenerate (s, p, d, … states) in the free atom will form different bands. Each will not have the same energy as any other band. Bands may coincide in energy at certain values of k in the Brillouin zone.
Example
一维周期场中电子波函数k(x)应当满足布洛赫 定理,若晶格常数为a,电子波函数为 , 3 x k x i cos
a
试求电子在此状态中的简约波矢。 ik Rn (r Rn ) e (r )
(x a) eika ( x)

k(r)=jCk,j(r-rj)
If the influence of one atom on another is small, an approximate wavefunction for one electron:
assume: one primitive basis contains one atom, a crystal of N atoms If Ckj=N-1/2exp(ik· rj), Bloch function:

The interaction of the electron with the periodic potential of the crystal causes energy gaps at the zone boundaries. Almost always the Fermi surface will intersect zone boundaries perpendicularly. The crystal potential will round out sharp corners in the Fermi surfaces.
k(r)=N-1/2jexp(ik· rj)(r-rj) Prove it: k(r+T)=N-1/2jexp(ik· rj)(r+T-rj) =exp(ik· T)N-1/2jexp[ik· (rj-T)][r-(rj-T)] =exp(ik· T)k(r) T: translation vector
k = k+G

The extended zone scheme in which different bands are drawn in different zones in wavevector space. The reduced zone scheme in which all bands are drawn in the first Brillouin zone. The periodic zone scheme in which every band is drawn in every zone.

<kHk>=mexp(-ik· m)dV *(r-m)H(r) Consider only the same atom and its nearest neighbors: dV *(r)H(r)=-; dV *(r-)H(r)=-; the first-order energy: <kHk>=- - mexp(-ik· m)=k : the overlap energy For two hydrogen atoms in 1s states, the overlap energy decreases exponentially with the
(x a) i cos
3 ( x a) 3x ika e i cos a a

a
eika 1
电子在此状态中的简约波矢为
Reduced Zone Scheme
(1) (2)
(3)
(4)
All the energy bands in the first Brillouin zone; An energy band is a single branch of energy vs k surface; Two wavefunctions at the same k but of different energies will be independent of each other; The wavefunctions will be made up of different combinations of the plane wave components
n,k=GCn(k+G)exp[i(k+G)· r],
Periodic Zone Scheme
repeat a given Brillouin zone periodically through all of wavevector space The engery of a band is a periodic function in the reciprocal lattice


Baidu Nhomakorabea
The total volume enclosed by the Fermi surface depends only on the electron concentration and is independent of the details of the lattice interaction.

Tight binding approximation (紧束缚近似) LACO (linear combination of atomic orbitals) approximation Good for the inner electrons of atoms, d bands of the transition metals and the valence bands of diamondlike and inert gas crystals Not good for the conduction electrons Solution: an electron at the ground state of an isolated atom: potential: U(r), wavefunction: (r)
(c) open orbit
CALCULATION OF ENERGY BANDS
trial wave function
calculation
computer

the tight binding method, useful for interpolation The Wigner-Seitz method, useful for the visualization and the understanding of the alkali metals The pseudopotential method, shows the simplicity of many problems


CONSTRUCTION OF FERMI SURFACES
construction the Brillouin zones in k space
Fermi surfaces and Brillouin zones in k space free electrons
Nearly Free Electrons

The alkali metals are the simplest metals, with weak interactions between the conduction electrons and the lattice: only one valence electron per atom, the first Brillouin zone boundaries are distant from the Fermi surface
Chapter 9: Fermi Surfaces and Metals
Chapter 9: Fermi Surfaces and Metals
THREE DIFFERENT ZONE SCHEMES: (1)reduced zone scheme (2)periodic zone scheme (3)extended zone scheme related terms: Brillouin zone energy band (band structure: energy vs wavevector) Fermi surface (one of the surfaces of constant energy in k space)
Fermi surface of Na: closely spherical
of Cs: deformed by 10 percent from a sphere

The divalent metals Be and Mg have weak interactions and nearly spherical Fermi surfaces. The volume enclosed by the Fermi surface is exactly equal to that of a zone.

Example: two hydrogen atoms

Each with an electron in the 1s ground state. Wavefunctions: A ,B As the atoms are brought together, their wavefuntions overlap. A+B A-B ground state excited state
the first-order energy: calculate the diagonal matrix elements of the hamiltonian of the crystal <kHk>=N-1jmexp[ik· (rj-rm)]<mHj> m=(r-rm), m=rm-rj

Tight binding method for energy bands
As free atoms are brought together , the coulomb interaction between the atom cores and the electron splits the energy levels, spreading them into bands.
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