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研究物质的结构、性质、运动规律以及与其它物质或外界的相互作用的一门学科。
它是现代物理学的基本分支之一，涉及到原子物理、电子物理、热学、光学和量子力学等多个领域。
在这篇文章中，我们将探讨固体物理学的基础知识。
第一部分：晶体结构晶体是一种物质的排列有序的状态，通常包括单晶和多晶两种类型。
单晶是指大量的原子、离子或分子按照某种固定的排列方式在空间中排列成具有完美晶体结构的固体。
而多晶是指含有许多小结晶的物体，其晶体结构比较复杂，但仍具有一定的有序性。
晶体结构由晶格和基元两部分组成。
晶格是晶体内部的空间排列，它是由一个基元重复堆积而成的。
基元则是晶格中最小的重复单元，它具有原子、离子或分子等物质的特性。
晶体结构的复杂程度取决于晶格点的数量和类型，不同的晶格点组合可以形成不同类型的晶体结构，例如立方晶系、四方晶系、单斜晶系等。
第二部分：固体的机械性质固体的机械性质是指物质在受力作用下对形变和破坏的响应能力。
其中包括弹性、塑性、破裂等特性。
弹性是指物质在外力作用下发生微小变形后，力的大小和方向随即发生变化，但物质恢复原形和大小的能力。
而塑性是指物质在外力作用下发生较大的变形后，不完全恢复原形和大小的能力。
它是固体物理学中的重要概念，因为它可以揭示物质的可塑性和强度等特性。
破裂是指物质在外力作用下失去稳定性的现象，主要表现为裂纹的出现和扩展。
固体物理学可以提供有关破裂的原因和机制，为防止和减缓破坏过程提供理论基础。
第三部分：电子的行为电子是物质的基本组成部分，固体物理学中对电子的研究至关重要。
电子在固体中的行为与自由电子不同，因为它们被束缚在原子和分子中，形成电子云。
这种电子云与晶格共同构成了一个固体的物理性质。
铁磁性、金属性、半导体等性质都与电子的行为有关。
在半导体中，电子如果跃迁到禁带中的能级，可以通过吸收或散射光子的方式发生能量跃迁。
这个连续的电子能级称为电子云。
在金属中，电子可以自由移动，因为它们不受束缚，可以在整个金属中形成电子气态。
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。
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《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
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
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
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。
固体物理基础孙会元知识点总结
固体物理基础孙会元知识点总结固体物理，听起来是不是有点高深莫测？就像一座神秘的城堡，等
待着我们去探索。
孙会元老师关于固体物理基础的知识点，那可真是一座知识的宝库！咱们先来聊聊晶体结构。
晶体就像是排列整齐的士兵方队，每个原子
都有自己特定的位置和规律。
你想想，要是这些原子不乖乖站好，那
整个晶体不就乱套了？
再说说晶体的结合。
这就好比是搭积木，不同的积木拼接方式会产
生不同的结构和性质。
离子晶体就像是用强力胶水粘在一起，牢固得很；共价晶体则像手牵手的小伙伴，彼此紧密相连；金属晶体呢，就
像是一群自由的舞者，欢快地跳跃。
还有晶体的振动和热学性质。
这就好像是一群调皮的小精灵在跳舞，温度一高，它们就跳得更欢啦。
能态和电子运动，这可是固体物理中的重头戏。
电子在晶体中的运动，就像是在迷宫里找出口，有的路通畅，有的路却充满了障碍。
固体物理中的能带理论，这就像是给电子们划分了不同的“班级”，
每个“班级”都有自己的特点和规则。
你说，要是不把这些知识点好好总结，不就像在黑暗中摸索，找不到前进的方向吗？我们把这些知识点梳理清楚，就像是给自己点亮了一盏明灯，照亮了探索固体物理世界的道路。
所以啊，认真总结孙会元老师的固体物理基础知识点，才能在这个神奇的领域里游刃有余，发现更多的奥秘，难道不是吗？。
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§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。
固体物理学基础知识点总结
固体物理学基础知识点总结固体物理学是探究物质的结构和性质以及固体内部的物质运动规律的科学。
它不仅在科学探究领域中占据重要位置，还在工程技术和工业生产中发挥着巨大的作用。
本文将总结固体物理学的基础知识点，包括晶体结构、电子能带理论、磁性、声学和热学等方面。
1. 晶体结构晶体是由原子、分子或离子排列有序而规则的三维结构组成的物质。
晶体的结构可以用晶格描述，晶格是一种周期性的重复结构，包括点阵和晶胞。
点阵是由点和空间矢量组成的，而晶胞则是将点阵用平行平面包抄起来形成的一个最小单位。
晶体的晶格分为14种布拉维格子。
2. 电子能带理论电子能带理论是描述固体中电子能级分布的理论。
依据电子能带理论，固体中的电子将分布在一系列离散的能带中。
导带是离价带最近而又没有电子填充的能带，而价带全部被填充的能级。
固体的导电性与导带和价带之间的能隙有关。
导电体的导带与价带之间有较小的能隙，允许电子在外界提供能量的状况下跃迁到导带；绝缘体的导带与价带之间存在巨大的能隙，不容易发生电子跃迁；半导体的导带与价带之间存在较小的能隙，可以通过少许的能量供给实现电子跃迁。
3. 磁性磁性是固体物理学中的重要现象之一。
磁性可分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。
顺磁性是指物质在外磁场作用下的磁化行为，磁矩与磁场方向一致；抗磁性是指物质在外磁场作用下反抗磁化的行为，磁矩与磁场方向相反；铁磁性是指物质在外磁场作用下的磁化行为，磁矩保持一定方向。
4. 声学声学探究固体中的声波传播和震动。
固体中的声波传播是通过弹性介质中的粒子震动进行能量传递。
固体中的声速取决于物质的弹性性质和密度。
固体中的声波可分为纵波和横波，纵波的震动方向与传播方向一致，横波的震动方向与传播方向垂直。
5. 热学热学探究固体中的热学性质，包括热传导、热膨胀、热容等。
热传导是指固体中热量的传递过程，取决于物质的热导率和温度梯度。
热膨胀是指固体在受热时产生体积扩张的现象，取决于物质的热膨胀系数。
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）。
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（3）菲利蒲（Phillips）电离度：
C2 C2 fi 2 2 2 Eh C Eg
(2-43)
Eg为成键态与反成键态之间的能量间隙； Eh 为共价结 合成份对Eg的贡献 ；C为离子结合成份对Eg的贡献 ，它
们之间的关系为：
2 2 Eg Eh C 2
(2-42)
显然，fi 也是介于0与1之间， fi 越大，离子越强。
金属的一个很重要的特点是一般都具有很大的范性，可
以经受相当大的范性形变，这是金属广泛用做机械材料的一
个重要原因。
范性是和在晶体内部形成原子排列上的不规则性相联系
的。正是由于金属性结合对原子排列没有特殊的要求所以便
比较容易造成排列的不规则性（如：位错）。
由于局域密度泛函理论的发展，对金属的结合性质进行 了广泛的研究，理论计算的晶格常数、结合能和体变模量与 实验结果相当一致。
的原子相互接近时，原子之间不产生电子转移，此时借共 用电子对所产生的力结合，形成共价键。
（1）金刚石、硅、镓和碳化硅是以单一的共价键结合 而成。
（2）在硅酸盐玻璃和传统陶瓷中（包括石头、瓷器、 陶器、砖、普通玻璃和水泥的组成物），共价键起着支配 作用。
（3）一些难熔金属如钨（W）、钼（Mo） 、钽（Ta）
pA =
1 1 2
（2-36） （2-37）
2 pB = 1 2
因此，对于Ⅲ 族原子（即B原子）的有效电荷为
2 q 3 8 1 2
* B
（2-38）
很容易验证，假设完全共价(=1)， B = -1; 完全离子 q*
(=0)， B =3。同理，对于V族原子（即A原子）的有效离 q* 子电荷为
* 两边分别乘以 * 和 B 后积分，有 A
H aa H ab 0 H ba H bb 0
* * 这里利用了 A B dr B A dr 0 。
与（2-23）和（2-24）相类似有
（2）当fi <0.785时，晶体取4配位 的闪锌矿结构或纤锌矿结构。
●电离度可以有不同的标度方式，但是究竟哪一种
方式更合理，这要看哪种标度方式能更好的反映出
固体的性质随离子性变化的规律性。
共价结合固体结合能的计算远比离子晶体复杂，近年来，
Hobenberg，Kohn和Shan（沈吕九）发展了局域密度泛函理
（2）当离子实相互接近到它们电子云发生显著重叠时，也 将和在离子晶体中一样，产生强烈的排斥作用。
●金属的特性： 导电性、导热性、金属光泽和可塑性，都是和共有化电子可 以在整个晶体内自由运动相联系的。
●金属键结合和共价键、离子键结合相比，有一个重要的
特点：
对晶格中原子排列的具体形式没有特殊的要求。
的负电子云，另一方面
是浸在这个负电子云中 的带正电的各离子实。
这种情况示意表示在图
2-7中。
金属键结合时，负电子云和正离子实之间存在库仑相
互作用，显然体积愈小负电子云愈密集，库仑相互作用的
库仑能愈低，表现了把原子聚合起来的作用。
晶体的平衡是依靠一定的排斥作用与以上库仑吸引作
用相抵。
排斥作用的两个来源： （1）当体积缩小，共有化电子密度增加的同时，它们的动 能将增加，就如前面已经指出，根据托马斯—费米统计方 法，动能正比于(电子云密度)2/3；
（2-30）
（2-31）
由
B A
2 V2 ,
V3 , V2 2 V3
B A
0
其中 V2 H ab
， V3
B A
2
成键态
A B
2
V22 V32
V22 V32
（2-32）
A B
2
●三种不同标度电离度的方式
（1）卡尔森（Coulson）电离度 ：
pA pB 1 2 fi pA + pB 1 2
(2-40)
pA、pB分别表示电子在原子A和B上的几率(2-36)和(2-37)。 ●完全共价结合（=1），fi=0； ●完全离子结合（=0），fi=1。 ●部分离子（共价） 时，fi =0~1，fi 数值越大，离子性越强。
H aa * H A dr A ， A
* H bb B H B dr B
* H ab * H B dr B H A dr 0 A
则方程（2-26）和（2-27）可以写成为
B A ( 2 V3 ) V2 0 V ( B A V ) 0 3 2 2
(2-18)。
A B
表示不同原子波函数组合成分子轨道波函数时的权重因子，
在A、B为不同原子时，
。 1
代入方程(2-18)
2 2 H VA VB c A B c A B 2m
结 论
当A 原子和B 原子为异类原子时，所形成的共价键 包含有离子键的成份，或者说这种情况下的结合是采取 共价结合与离子结合之间的过渡形式。
举例（ Ⅲ -V族化合物GaAs ）
GaAs的离子实分别为带+3q 和+5q 的离子Ga3+和
As5+，每一对Ga 和As 共有8个价电子。
（1）若为完全的共价结合，共价键上的每对电子均分
在两个近邻原子上，这意味着Ga原子有一个负电荷，
As原子有一个正电荷：Ga-1As+1。
（2）若为完全的离子结合（设Ga原子的3个价电子转
移到As原子），则：Ga3+As3-。
（3）实际介于二者之间，引入有效离子电荷q*，（以电
子电荷为单位）Ga原子的q*肯定介于-1和+3之间。
用成键态波函数讨论有效离子电荷，波函数=[A+B] 意味着在A和B原子上电子的几率pA和几率 pB分别为
在上述的简化分析中， Eh=2V2，C =2V3；但是菲 利蒲是从实验结果的分析 中得到Eh和C的数值。
●菲利蒲的标度方式对于
四面体配置的半导体材料
特别适合。
按照菲利蒲电离度定义，对六
十多种A8-NBN型的化合物的统计结
果表明：
（1）当fi >0.785时，晶体取6配位
（近邻为6个原子）的NaCl结构；
轨道杂化
碳原子有6个电子，在基态4个电子填充了1s 和2s 轨 道（每个轨道有正反自旋的一对电子），剩下两个电子
在2p 壳层。
在这种情况下只有两个2p 电子是未配对的，但是在 金刚石中，每个碳原子与4个近邻原子以共价键结合。
金刚石中的共价键不是以碳原子的基态为基础的，而是
由下列2s 和2p 波函数组成的新的电子状态组成的：
“杂化轨道”的特点
1 2
3
原来在2s和2p轨道上的4个电子，分别处于 h ， h ， h ， h
4
杂化轨道上，杂化轨道上电子云分别集中在正四面体的4个顶 角方向，都成为未配对电子，可以在正四面体顶角方向形成金 刚石中碳原子间的4个共价键。
电子处在杂化轨道[(2-25)式]上，能量比碳原子基态提
h
1
h
2hh来自34
1 2 s 2 px 2 p y 2 pz 2 1 2 s 2 px 2 p y 2 pz 2 1 2 s 2 px 2 p y 2 pz 2 1 2 s 2 px 2 p y 2 pz 2 （2-25）
反键态
（2-33）
相应的
V22 V32 V3 V2
（2-34）
V22 V32 V3 V2
（2-35）
其中+、+ 对应成键态， -、- 对应反键态、其能级
变化如图2-5所示。可以看出当A、B为异类原子时， 所形成的共价键在两个原子之间是不均衡的。
高了，换一句话说杂化轨道需要一定的能量。
但是经过杂化以后，成键的数目增多了，而且由于电子 云更加密集在四面体顶角方向上，使得成键能力更强了，形
成共价键时能量的下降足以补偿轨道杂化的能量。
异种原子的成键态、反键态
如果A原子和B原子为不同种原子，这时公式
2 2 H B B VB B B B 2m
（2）在应力作用下，共价键材料中原子发生相对位移时， 共价键会遭到破坏，故材料呈脆性。 （3）共价键材料中的电子很难发生运动，因此，共价键
材料具有很好的绝缘性。
共价键的结合形式在无机材料中很普遍。 有些同类原子，例如周期表ⅣA（C、 Si、Ge）, ⅤA
（ Sb、As、Bi ）,ⅥA族中大多数元素或电负性相差不大
1 q* 5 8 A 1 2
原则上，如果能求出的值就可以得到有效离子电荷的数
值。
有效离子电荷也可以用实验来测定，见表2-2结果。
共价结合中离子性成份的标度方法
通常引入电离度（Ionicity）来描述共价结合中离子性
的成份。
●固体的很多性质，如：晶体结构、结合能、能带模型中 的参数，都随电离度而变化。