固体物理[概念整理与图像理解]
固体物理基本概念汇总
固体物理总结绪论1研究对象及内容研究固体的结构及其组成粒子间相互作用与运动规律以阐明固态物质性能和用途的学科。
2 固体物理学发展的里程碑十八世纪:阿羽依(R. J. Ha üy 法)--坚实、相同、平行六面体的“基石”有规则重复堆积.十九世纪:布喇菲(A.Bravais法)--空间点阵学晶体周期性. 二十世纪初:X-射线衍射揭示晶体内部结构 量子理论描述晶体内部微观粒子运动过程近几十年:固体物理学→凝聚态物理:无序、尺度、维度、关联;晶体→凝聚态物质第一部分 晶体结构1 布喇菲点阵和初基矢量晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。
布喇菲点阵是平移操作112233R n a n a n a =++所联系的诸点的列阵。
布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学抽象。
点阵矢量112233R n a n a n a =++,其中,1n ,2n 和3n 均为整数,1a ,2a 和3a 是不在同一平面内的三个矢量,叫做布喇菲点阵的初基矢量,简称基矢。
初基矢量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。
布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵,无论从这个列阵中的哪个点去观察,周围点的分布和排列方位都是完全相同的。
对一个给定的布喇菲点阵,初级矢量可以有多种取法。
2 初基晶胞(原胞)初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。
初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵的一个阵点。
对于一个给定的布喇菲点阵,初基晶胞的选取方式可以不只一种,但不论初基晶胞的形状如何,初基晶胞的体积是唯一的,()123c V a a a =⋅⨯。
3 惯用晶胞(单胞)惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。
惯用晶胞可以是初基的或非初基的。
惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍,c V nV =。
其中,n 是惯用晶胞所包含的阵点数。
确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。
4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞,它是某一阵点与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。
固体物理基本概念讲解
固体物理总结绪论1研究对象及内容研究固体的结构及其组成粒子间相互作用与运动规律以阐明固态物质性能和用途的学科。
2 固体物理学发展的里程碑十八世纪:阿羽依(R. J. Ha üy 法)--坚实、相同、平行六面体的“基石”有规则重复堆积.十九世纪:布喇菲(A.Bravais 法)--空间点阵学 晶体周期性.二十世纪初:X-射线衍射 揭示晶体内部结构量子理论 描述晶体内部微观粒子运动过程近几十年:固体物理学→凝聚态物理:无序、尺度、维度、关联;晶体→凝聚态物质第一部分 晶体结构1 布喇菲点阵和初基矢量晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。
布喇菲点阵是平移操作112233R n a n a n a =++所联系的诸点的列阵。
布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学抽象。
点阵矢量112233R n a n a n a =++,其中,1n ,2n 和3n 均为整数,1a ,2a 和3a 是不在同一平面内的三个矢量,叫做布喇菲点阵的初基矢量,简称基矢。
初基矢量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。
布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵,无论从这个列阵中的哪个点去观察,周围点的分布和排列方位都是完全相同的。
对一个给定的布喇菲点阵,初级矢量可以有多种取法。
2 初基晶胞(原胞)初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。
初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵的一个阵点。
对于一个给定的布喇菲点阵,初基晶胞的选取方式可以不只一种,但不论初基晶胞的形状如何,初基晶胞的体积是唯一的,()123c V a a a =⋅⨯。
3 惯用晶胞(单胞)惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。
惯用晶胞可以是初基的或非初基的。
惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍,c V nV =。
其中,n 是惯用晶胞所包含的阵点数。
确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。
4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞,它是某一阵点与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。
固体物理知识总结PPT课件
三、常见晶体结构举例
致密度η(又称空间利用率)、配位数、密 堆积
1. 简单立方(sc) 配位数=6,惯用元胞包含格点数 = 1 惯用元胞包含格原子数 = 1
2. 面心立方(fcc) 配位数=12,惯用元胞包含格点数=4 惯用元胞包含格原子数 = 4
3.体心立方(bcc) 配位数=8,惯用元胞包含格点数=2 惯用元胞包含格原子数 = 2
1.决定散射的诸因素 (1)原子散射因子 (2)几何结构因子
2.衍射极大的条件(必要条件)
即当 k-k0=S=Gh 时,所有元胞间的
散射光均满足相位相同的加强条件,产生衍
射极大。
(反射球)
4.消光条件
第二章 晶体结合
一、原子的负电性
负电性=常数(电离能+亲和能)
电离能:让原子失去电子所必需消耗的能量
第四章 固体能带论 基本近似:绝热近似、单电子近似 一、固体电子的共有化和能带 二、布洛赫(Bloch)定理
1.布洛赫定理:表述及讨论 2. Bloch 定理的证明 3.布洛赫定理的一些重要推论 4.能态密度 三、近自由电子模型 1.索末菲(Sommerfeld)模型
(1)自由电子(半量子)模型
(2)自由电子费米(Femi)气模型 2.近自由电子模型
亲和能:处于基态的中性气态原子获得一个 电子所放出的能量
负电性大的原子,易于获得电子 负电性小的原子,易于失去电子 二、离子结合 三、共价结合 共价键的特性:饱和性、方向性 四、金属结合 五、范德瓦尔斯键结合 六、氢键结合
第三章 晶格振动
一、一维单原子晶格的振动
1. 物理模型 2.近似条件:近邻作用近似、简谐近似 3. 分析受力:牛顿方程 4. 定解条件―――玻恩-卡曼
第三章 固体物理ppt课件
§2
三维晶格的振动
设实际三维晶体沿基矢a1、a2、a3方向的初基原胞数分 别为N1、N2、N3,即晶体由N=N1·N2·N3个初基原胞组成, 每个初基原胞内含s个原子。 一维情况下,波矢q和原子振动方向相同,所以只有纵波。 三维情况下,有纵波也有横波。
原则上讲,每支格波都描述了晶格中原子振动的一类运动 形式。初基原胞有多少个自由度,晶格原子振动就有多少种 可能的运动形式,就需要多少支格波来描述。
一个波矢为K的第S支模式处在第N个激发态,我们就说在晶 体中存在着N个波矢为K的第S支声子(因为给定了K与第S支模 式则ω可由色散关系唯一确定),在晶体中波矢为K的纵声学支 模式处于N激发态,我们就说晶体中有N个波矢为K的纵声学支 声子。
声子这个名词是模仿光子而来(因为电磁波也是一种简谐振 动)。声子与光子都代表简谐振动能量的量子。所不同的是光子 可存在于介质或真空中,而声子只能存在于晶体之中,只有当晶 体中的晶格由于热激发而振动时才会有声子,在绝对零度下,即 在0K时,所有的简正模式都没有被激发,这时晶体中没有声子, 称之为声子真空。声子与光子存在的范围不同,即寄居区不同。
每一组整数(L1,L2,L3 )对应一个波矢量q。将这些波矢在倒空 间逐点表示出来,它们仍是均匀分布的。每个点所占的“体积” 等于“边长”为(b1/N1)、(b2/N2)、(b3/N3)的平行六面体的 “体积”,它等于: b b b 3 1 2 N N N 1 N 2 3 式中Ω*是倒格子初原胞的“体积”,也就是第一 布里渊区的“体积”,而Ω*=(2π)3/Ω ,所以每个波 矢q在倒空间所占的“体积”为:
子的位移构成了波,这个波称之为格波,把寻求到的
运动方程的解带入运动方程就能找出ω 与q的关系即
对固体物理学的初步认识
对《固体物理学》的初步认识固体物理学研究的对象固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动,以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。
固体的内部结构和运动形式很复杂,这方面的研究是从晶体开始的,因为晶体的内部结构简单,而且具有明显的规律性,较易研究。
以后进一步研究一切处于凝聚状态的物体的内部结构、内部运动以及它们和宏观物理性质的关系。
这类研究统称为凝聚态物理学。
由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础,也由于固体物理学科内在的因素,固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。
同时,固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长,正在形成新的交叉领域。
固体物理对于技术的发展有很多重要的应用,晶体管发明以后,集成电路技术迅速发展,电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。
其经济影响和社会影响是革命性的。
这种影响甚至在日常生活中也处处可见。
固体的一些性质固体磁性是一个有很久历史的研究领域。
抗磁性是物质的通性,来源于在磁场中电子的轨道运动的变化。
从20世纪初至30年代,经过许多学者努力建立了抗磁性的基本理论。
范扶累克在1932年证明在某些抗磁分子中会出现顺磁性;朗道在1930年证明导体中传导电子的非局域的轨道运动也产生抗磁性,这是量子的效应;居里在1895年测定了顺磁体磁化率的温度关系,朗之万在1905年给出顺磁性的经典统计理论,得出居里定律。
顺磁性的量子理论连同大量的实验研究,导致顺磁盐绝热去磁致冷技术出现,电子顺磁共振技术和微波激射放大器的发明,以及固体波谱学的建立。
固体的相变晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。
处于不同形式点阵的晶体,虽然化学成分相同,物理性质却可能不同。
不同的点阵形式具有不同的能量:在低温时,点阵处于能量最低的形式;当晶体的内部能量增高,温度升高到一定数值,点阵就会转变到能量较高的形式。
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。
固体物理精品教学(华南理工大学)《固体物理》基本概念和知识点.docx
《固体物理》基本概念和知识点第一章基本概念和知识点1)什么是晶体、非晶体和多晶?(□)□晶面有规则、对称配置的固体,具有长程有序特点的固体称为晶体;在凝结过程屮不经过结晶(即有序化)的阶段,原子的排列为长程无序的固体称为非晶体。
由许许多多个大小在微米量级的晶粒组成的固体,称为多晶。
2)什么是原胞和晶胞?(0)□原胞是最小的晶格重复单元,不考虑对称性,原胞只包含1个原子;从对称性的角度,选取几倍于原胞大小的重复单元,称为品胞,一个品胞中有大于2个以上的原子。
3)晶体共有几种晶系和布喇菲格子?(□)□按结构划分,晶体可分为7大晶系,共14布喇菲格子。
4)立方晶系有几种布喇菲格子?画出相应的格子。
(□)□立方晶系有简单立方、体心立方和面心立方三种布喇菲格子。
5)什么是简单晶格和复式格子?分别举3个简单晶格和复式晶格的例子。
(□)0简单晶格中,一个原胞只包含一个原子,所有的原子在儿何位置和化学性质上是完全等价的。
复式格子则包含两种或两种以上的等价原子,不同等价原子各自构成相同的简单晶格(子晶格),复式格子由它们的子晶格相套而成。
Au、Ag和Cu具有面心立方晶格结构,碱金属Li、Na. K为体心立方结构,它们均为简单晶格。
NaCK CsCl、ZnS以及具有金刚石结构的Si、Ge等均为复式格子。
6)钛酸顿是由几个何种简单晶格穿套形成的?(□)□ BaTiO.在立方体的项角上是锲(Ba),钛(Ti)位于体心,面心上是三组氧(0)。
三组氧(01, OIL 0111)周围的情况各不相同,整个晶格是由Ba、Ti和01、OIL 0111各自组成的简立方结构子晶格(共5个)套构而成的。
7)为什么金刚石是复式格子?金刚石原胞中有几个原子?晶胞中有几个原子?(□)□金刚石中有两种等价的C原子,即立方体中的8个顶角和6个面的中心的原子等价,体对角线1/4处的C原子等价。
金刚石结构由两套完全等价的面心立方格子穿套构成。
金刚石属于面心立方格子,原胞中有2个C原子,单胞中有8个C原子。
固体物理课件 第一章 晶体结构
晶面指数(122)
a
c b
(100)
(110)
(111)
在固体物理学中,为了从本质上分析固体的性质,经常要研究晶体中的 波。根据德布罗意在1924年提出的物质波的概念,任何基本粒子都可以 看成波,也就是具备波粒二象性。这是物理学中的基本概念,在固体物 理学中也是一个贯穿始终的概念。
在研究晶体结构时,必须分析x射线(电磁波)在晶体中的传播和衍射 在解释固体热性质的晶格振动理论中,原子的振动以机械波的形式在晶 体中传播;
1 3 Ω = a1 ⋅ a 2 × a 3 = a 2
(
)
金刚石
c
c
面心立方
钙钛矿 CaTiO3 (ABO3)
Ca
O
Ti
简单立方
所有的格点都分布在相互平行的一族平面 上,且每个平面上都有格点分布,这样的 平面称为晶面,该平面组称为晶面族。
特征: (1)同一晶面族中的晶面相互平行; (2)相邻晶面之间的间距相等;(面间距是
至今为止,晶体内部结构的观测还需要依靠衍射现象来进行。
(1)X射线 -由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 早在1895年伦琴发现x射线之后不久,劳厄等在1912年就意识到X射线的 波长在0.1nm量级,与晶体中的原子间距相同,晶体中的原子如果按点阵排 列,晶体必可成为X射线的天然三维衍射光栅,会发生衍射现象。在 Friedrich和Knipping的协助下,照出了硫酸铜晶体的衍射斑,并作出了正确 的理论解释。随后,1913年布拉格父子建立了X射线衍射理论,并制造了第 一台X射线摄谱仪,建立了晶体结构研究的第一个实验分析方法,先后测定 了氯化钠、氯化钾、金刚石、石英等晶体的结构。从而历史性地一举奠定 了用X射线衍射测定晶体的原子周期性长程序结构的地位。 时至今日,X射线衍射(XRD)仍为确定晶体结构,包括只具有短程序的无 定型材料结构的重要工具。
固体物理概念
固体物理概念简谐近似:把晶格振动看视为平衡位置附近的微小振动,体系的势能函数只取到二阶近似。
简正模:在简谐近似下,晶格的振动是由若干独立简正振动模式组成。
单电子近似:利用哈特里-福克平均场近似将多电子问题化为单电子问题,每个电子处在其它电子或离子实的平均场中。
周期性近似:指由晶体平移对称性出发,认为单电子势场为周期场。
满带:所有状态都被电子填充的能带。
空带:没有任何电子填充的能带。
价带:指价电子所填充的最高满带。
导带:最低的空带。
带隙:价带最高能级与导带最低能级之间的能量范围。
共价结合:主要是原子用电子云重叠作用,具有饱和性和方向性。
离子性结合:就是靠离子间的库仑吸引作用。
晶格:晶体中原子排列的具体形式一般是晶格。
原胞:指一个晶格最小的周期性单元。
晶列:布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上,这些直线系统称为晶列。
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1个方向,称为晶向。
格波:晶格具有周期性,因而,晶格的振动模具有波的形式。
原子的负电性:是用来标志原子得失电子能力的物理量; 负电性=0.18(电离能+亲和能),单位:电子伏声子:就是指格波的量子,它的能量等于q w固体的定容热容v C :vv T E C ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=,E 是固体的平均内能。
固体热容主要有两部分贡献:一是晶格热容,二是电子热容。
K 称为简约波矢:是对应于平移操作本征值的量子数,它的物理意义是表示原胞之间电子波函数位相的变化。
朗道能级:根据量子理论,在x-y 平面内的圆周运动对应一种简谐运动能量。
晶体中电子准经典运动的两个基本关系式:dtdk F k E V k=∇=)(1 倒有效质量张量:βαk k E ∂∂∂221 费米统计分布函数:11)(/+=-T k E E B F e E f ,它直接给出能量为 E 的本征态被一个电子占据的几率。
F E 具有能量的量纲,称为费米能级,等于这个系统中电子的化学势。
固体物理概念(自己整理)
固体物理概念(自己整理)第一章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。
倒易点心格子)。
10.密堆积和配位数-----晶体组成原子视为等径原子时所采取的最紧密堆积方式称为密堆积,晶体中只有六角密积与立方密积两种密堆积方式。
晶体中每个原子周围的最近邻原子数称为配位数。
由于晶格周期性限制,晶体中的配位数只能取:12,8,6、4、3(二维)和2(一维)。
11.晶列、晶向(指数)和等效晶列-----晶列是晶体结构中包括无数格点的直线,晶列上格点周期性重复排列,相互平行的晶列上格点排列周期相同,一簇相互平行的晶列可将晶体中所有格点包括无遗;晶向指晶列的方向,晶向指数是晶列的方向余旋的互质整数比,表为[uvw];等效晶列是晶体结构中由对称性相联系的一组晶列,表为<uvw>。
12.晶面、晶面指数和等效晶面----晶面是晶体结构中包括无数格点的平面,相互平行的晶面的面间距相等,一簇相互平行的晶面可将晶体中所有格点包括无遗;晶面指数是晶面法线方向的方向余旋的互质整数比,表为(hkl);等效晶面是晶体结构中由对称性相联系的一组晶面,表为{hkl}。
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
固体物理学的基本概念与特性
固体物理学的基本概念与特性固体物理学是研究固体的性质和行为的科学领域。
固体物理学基于原子、分子和晶体结构的性质研究固体的力学、电学、热学和光学等方面。
本文将介绍固体物理学的基本概念与特性。
一、固体的定义与分类固体是一种粒子高度紧密排列的物质状态。
根据固体内部粒子的排列方式,可以将固体分为晶体和非晶体两大类。
晶体具有有序的、周期性的排列结构,而非晶体则没有明确定义的重复结构。
二、晶体结构与晶格晶体的结构由晶格和晶体内部原子、分子或离子的排列方式决定。
晶格由周期性重复的结构单位(晶胞)构成。
晶体结构可以通过晶体衍射技术进行研究和确定,其中最常用的方法是X射线衍射。
三、固体物质的力学性质固体物质的力学性质包括弹性、塑性、硬度和韧性等。
弹性是固体恢复原状的能力,可以分为线弹性和体弹性。
塑性是固体在受到一定外力作用后发生永久形变的性质。
硬度是衡量固体抵抗外力侵蚀、划伤和磨损的能力。
韧性是固体抵抗断裂的能力。
四、固体物质的热学性质固体物质的热学性质主要包括热膨胀、热传导和热容等。
热膨胀是固体在受热时体积扩大的现象。
热传导是指固体中热量的传递过程,可以分为热传导、对流传热和辐射传热三种方式。
热容是固体吸热或放热时所需要的热量。
五、固体物质的电学性质固体物质的电学性质包括电导率、绝缘性和半导体性等。
电导率是固体导电能力的度量,可以分为金属导电和非金属导电。
绝缘性是指固体难以传输电流的性质。
半导体性是介于导体和绝缘体之间的性质,其导电性能可以通过控制杂质浓度来调节。
六、固体物质的光学性质固体物质的光学性质包括折射、反射、透射和散射等。
折射是光线在穿过固体界面时改变传播方向的现象。
反射是光线遇到不同介质界面时发生的光的反向传播。
透射是光线穿过固体透明介质并保持传播方向的现象。
散射是光线遇到固体物质微观结构或不均匀性时出现的随机分布现象。
七、固体物理学的应用固体物理学的研究成果在诸多领域具有广泛的应用。
在材料科学领域,固体物理学为新材料的开发和应用提供了理论基础。
固体物理课件ppt完全版_图文
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:
③
∵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
晶
列
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)
固体物理学知识点总结
固体物理学知识点总结固体物理学是物理学中的一个重要分支,它涉及到物态的变化以及固体物质中的各种物理现象。
固体物理学的研究对象是固体物质,包括晶体、多晶体、非晶体等。
本文将就固体物理学的相关知识点进行总结。
一、结晶学结晶学是研究晶体的形成、结构和性质的一门学科。
它是固体物理学的基础,对于了解其他领域的科学研究也有着重要的作用。
1. 晶体的定义:晶体是由原子、分子或离子有序排列而形成的固体。
晶体具有明确的几何形状和规则的面、棱和角,呈现六方晶系、四方晶系、正交晶系和三角晶系等多种不同的结构类型。
2. 晶体的结构:晶体结构是晶体内部的原子、离子、分子的有序排列方式。
晶体结构可以用格点、基元和晶体单元来描述。
其中,格点为表示固体结构的原点,基元是固体中的最小重复单元,晶体单元则表示晶体中最小可测量结构。
3. 晶体学定律:晶体学定律总结了晶体结构中的规律性关系,包括布拉维格子点计数定理、米勒克氏平面、勒沃伊-克瑞斯特兴霞法则等。
二、各向同性和各向异性各向同性和各向异性是固体物理学中的重要概念。
材料的各向同性或各向异性对于材料的性质和应用具有重要意义。
1. 各向同性:材料的各向同性是指材料在各个方向具有相同的物理性质。
例如,光学各向同性材料可以使光线在任何方向传播的速度都相同。
2. 各向异性:材料的各向异性是指材料在不同方向具有不同的物理性质。
例如,晶体在不同方向上的机械性质、热膨胀系数和光学性质等均不同,因此被称为各向异性材料。
三、固体物理学中的热热是固体物理学中的重要研究对象,与热有关的知识点有相当多的内容。
1. 热量与内能:热量是物体的能量从高温度向低温度传递的过程中所传递的能量。
内能则是物体自身所固有的能量。
固体物理学中,热量和内能是研究热学性质的重要概念。
2. 物态转变:物质在经历一定的温度变化时就会发生物态转变。
固体物理学中,物态转变包括固体的熔化、晶化、升华等等。
3. 热容和热传导:热容是指物体在升温过程中吸收热量与温度变化之比。
固体物理知识点总结
一、考试重点晶体结构、晶体结合、晶格振动、能带论的基本概念和基本理论和知识二、复习内容第一章晶体结构基本概念1、晶体分类及其特点:单晶粒子在整个固体中周期性排列非晶粒子在几个原子范围排列有序(短程有序)多晶粒子在微米尺度内有序排列形成晶粒,晶粒随机堆积准晶体粒子有序排列介于晶体和非晶体之间2、晶体的共性:解理性沿某些晶面方位容易劈裂的性质各向异性晶体的性质与方向有关旋转对称性平移对称性3、晶体平移对称性描述:基元构成实际晶体的一个最小重复结构单元格点用几何点代表基元,该几何点称为格点晶格、平移矢量基矢确定后,一个点阵可以用一个矢量表示,称为晶格平移矢量基矢元胞以一个格点为顶点,以某一方向上相邻格点的距离为该方向的周期,以三个不同方向的周期为边长,构成的最小体积平行六面体。
原胞是晶体结构的最小体积重复单元,可以平行、无交叠、无空隙地堆积构成整个晶体。
每个原胞含1个格点,原胞选择不是唯一的晶胞以一格点为原点,以晶体三个不共面对称轴(晶轴)为坐标轴,坐标轴上原点到相邻格点距离为边长,构成的平行六面体称为晶胞。
晶格常数WS元胞以一格点为中心,作该点与最邻近格点连线的中垂面,中垂面围成的多面体称为WS原胞。
WS原胞含一个格点复式格子不同原子构成的若干相同结构的简单晶格相互套构形成的晶格简单格子点阵格点的集合称为点阵布拉菲格子全同原子构成的晶体结构称为布拉菲晶格子。
4、常见晶体结构:简单立方、体心立方、面心立方、金刚石闪锌矿铅锌矿氯化铯氯化钠钙钛矿结构5、密排面将原子看成同种等大刚球,在同一平面上,一个球最多与六个球相切,形成密排面密堆积密排面按最紧密方式叠起来形成的三维结构称为密堆积。
六脚密堆积密排面按AB\AB\AB…堆积立方密堆积密排面按ABC\ABC\ABC…排列5、晶体对称性及分类:对称性的定义晶体绕某轴旋转或对某点反演后能自身重合的性质对称面对称中心旋转反演轴8种基本点对称操作14种布拉菲晶胞32种宏观对称性7个晶系6、描述晶体性质的参数:配位数晶体中一个原子周围最邻近原子个数称为配位数。
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三、图像理解 1、共价结合的量子子力力学图像(图2-2) 问:为何成态键相对于原子子能级降低?解释其物理原因。
!
2、格波谱(Si的格波谱,图3-10;GaAs的格波谱,图3-11;Pb的格波谱,图3-12) 问:①在q=0时,Si的纵光学波与横光学波取同一一个值,而而GaAs的纵光学波与横光学波 取不同的值,试解释其原因;②为何Pb的格波谱中没有光学波?③在Pb格波谱中某些q值附 近出现扭折,试解释原因。
! ! !
29、顺磁性统计理论证实经验居里里定律
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30、磁矩永远不能完全沿磁场方方向取向的原因
! ! ! ! ! !
31、铁族离子子磁化率实验结果与洪德规则计算的结果没有任何关系,解释原因
! ! ! !
32、Sm、Eu离子子的磁化率与洪德规则计算的结果不相符,解释原因
33、顺磁性、抗磁性、反铁磁性与铁磁性的磁化率随温度变化的关系曲线,并简述曲线
! ! ! ! ! ! !
!
7、简单立立方方晶格s能带,p能带沿������轴E(k)函数(图4-27) 问:请从紧束缚近似出发,解释各条曲线的趋势。
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
8、s能带与p能带的交叠(图4-29) 问:写出sp3杂化电子子态波函数;不考虑能级间相互影响与考 虑能级间相互影响(如能级相近的原子子态相互组合)有何不 同?结合图来说明。
!等。
(二二)北京大大学2012年固体物理专业考研试题 回忆版 (虽说分了三类题,但都像填空题。简答题和大大题都是分了好多小小问,每问一一两分,有 几几个4分的,一一个6分的) 一一、填空题50分 考了宏观对称操作 考了热导率 有一一问是给出能带图,判断是金金属、半金金属、半极金金属、绝缘体、直接半导体、间接半 导体
!5、晶体结构基础知识 。
二二、简答 1、自自由电子子近似和紧束缚近似方方面面的理解,考得很活了 2、计算并比比较xx电子子磁化率和包利自自由电子子磁化率(它们的比比值应该是三倍),说明原 因。
!3、碳60的键能
三、计算(40分) 1、(1)计算A,B不同原子子结合成分子子后,能量的减少; (2)考虑一一维双原子子链情况用用紧束缚近似算其能带方方程 。 2、(20分)给出了能量方方程(好像是二二维情况),求电子子空穴穴有效质量,费米米半径,费米米能
!
3、中子子谱仪结构示示意图(图3-15) 问:①中子子源是用用来产生生慢中子子的,为何不用用快中子子?②单色色器与分析器原理;③第二二 个准直器的作用用。
!
4、热导与样品尺寸寸之间的关系(图3-31) 问:①在峰值左边,热导率随温度下降趋近T3关系,解释其原因; ②在峰值右边,热导率随T下降而而陡峻上升,解释其原因。
9、三维晶格中,对一一定的波矢矢q,有多少个声学波?多少个光学波?
! ! ! ! ! !
10、确定晶格振动谱时经常选用用中子子的非非弹性散射实验,简述中子子非非弹性散射相比比于X射
线与光散射实验的优点
11、简述德拜模型与爱因斯坦模型的不同点;简述德拜模型的缺陷
! ! ! ! ! !
12、解释德拜热容公式在低温极限时严格正确的原因
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18、晶体能带对称性一一章中,若k在<100>轴上,共有几几个等价的<100>轴?������群的类型是
什么?若k在<110>或<111>轴上呢?有何规律?
! ! ! ! ! ! ! ! !
19、写出晶体能带En(k)函数对称性的三个性质,用用公式表示示
! ! ! ! ! !
问:为何会出现图4-37所示示的差别?结合图438进行行说明。
!
! ! ! ! !!
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11、重叠和不重叠能带的态密度(图4-39)
! ! !
12、紧束缚近似等能面面示示意图(图4-40) 注:图为简立立方方s带kz=0的等能面面示示意图
!
!
13、简立立方方s带紧束缚近似下能态密度函数(图441)E=E0-2J1等能面面(图4-42)E=E0等能面面(图443)
20、从能带角角度(价带、导带、带隙)说明碱金金属的金金属性、碱土土金金属的金金属性、金金刚
石石的绝缘性与硅、锗的半导体性
21、回旋共振实验中,为了得到清晰的共振峰,需要满足足哪两个条件?为什么?
! ! ! ! ! !
22、产生生德哈斯范-阿尔芬效应的原因
! ! ! ! !
23、影响金金属电阻的因素有哪些?简要分析
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
23、一一个设想的半导体吸收光谱(图9-1)
问:①本征吸收的特点; ②激子子吸收产生生的原因; ③自自由载流子子吸收的原因; ④晶格吸收产生生于红外区,解 释原因; ⑤观察到杂质吸收的条件; ⑥与磁性有关的吸收过程举例 ; ⑦回旋共振吸收产生生原因。(注 意各类吸收的能量的数量级范 围)
!!
5、能带间的交叠(图4-11) 问:图中第一一能带与第二二能带交叠的条件 是什么?
! ! !
!
6、体心心立立方方晶格的简约布里里渊区与面面心心立立方方的 布里里渊区(图4-12,图4-13)
问:①体心心立立方方格子子的倒格子子每个原子子有几几个 最近邻格点?几几个次近邻格点?
②面面心心立立方方呢? ③指出������轴、������轴、������轴的方方向
! ! !
问:写出所有范霍夫奇点(临界点)的坐标,它们 满足足什么条件?
! !
14、典型X射线发射谱(图4-47) 问:金金属与非非金金属在谱线上有何异同?
! ! ! ! ! ! ! !
15、一一维紧束缚近似下的E(k)、v(k)和m*(k)(图5-3) 问:解释E(k)、v(k)和m*(k)变化趋势
! ! ! ! ! ! ! !
9、紧束缚近似公式。
10、一一维周期场中近自自由电子子近似。
11、一一维与三维能隙公式。(简并微扰法)
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
12、双原子子链的格临爱森常数公式。
13、德拜模型下一一维、二二维、三维的晶格热容公式。
14、验证简谐近似与简正坐标。
5、未掺杂杂质时,半导体中电子子和空穴穴浓度;杂质激发后讨论低温和高高温时的电子子浓
度。
6、量子子霍尔效应中霍尔系数R的推导;量子子霍尔效应的平台值。
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
7、二二维自自由电子子气气模型中德哈斯范-阿尔芬效应周期。
8、等能面面为旋转椭球的情况,设������为磁场与椭球纵轴之间的夹角角,推导出回旋共振有效 质量。
! ! ! ! !
13、写出晶格热传导公式;解释各个符号的意义,说明影响声子子平均自自由程的因素
! ! ! ! ! ! ! ! ! !
14、写出维德曼-弗兰兹定律(欧姆定律、热导、电导间的联系)
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15、解释布洛赫定理
16、写出布里里渊区边界方方程
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17、赝势的概念和意义
4、一一维马德隆常数计算
5、金金属采取面面心心立立方方或六角角密排结构的原因
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6、NaCl离子子晶体的系统内能表达式;Lennard-Jones势的一一般表达式
! ! ! ! !
7、写出金金刚石石原子子sp3杂化的波函数表达式
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8、简述玻恩卡曼边界条件
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变化的原因
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34、瓦瓦尼尔激子子和弗仑克尔激子子的特点,举例说明
补充:
(一一)北京大大学2009年固体物理专业考研试题 回忆版
一一、填空题(30分) 1、选图型:面面心心立立方方和体心心立立方方分别对应的倒格子子第一一布里里渊区 2、选图,区别不同的能带图:直接带隙,间接带隙,金金属能带,半导体能带,绝缘体能 带。 3、金金属自自由电子子理论:朗道能级那一一块有题,比比如二二维自自由电子子简并度等。 4、区别顺磁逆磁。
一一、推导题 1、电子子热容公式推导。
2、泡利顺磁磁化率公式推导。
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
3、Stoner模型中磁化率的公式。
4、考虑到朗道抗磁性与泡利自自旋顺磁性后电子子总磁化率的公式。
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!
16、朗道能级电子子填充情况随磁场强度的变化(图5-21)
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17、磁场中自自由电子子气气的能态密度(图5-24) 问:阐述图线特点及产生生原因
!
18、费米米分布函数(图6-5) 问:试定性分析EF随温度变化的趋势。
! ! ! ! ! ! ! !
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19、Ge的电导率和温度关系(图7-7) 问:①较低温度时,������不同,为什么? ②高高温时������趋于一一致,又是为什么?
18、推导金金属电导率公式。
二二、简答题
1、立立方方体的对称操作Oh;正四面Hale Waihona Puke 体的对称操作Td;正六角角柱的对称操作
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2、7个晶系,十十四种布拉伐格子子
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
3、分别写出固体结合的类型及各种结合的能量数量级
! ! ! ! ! ! ! ! ! !
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20、电子子浓度与温度(图7-9) 问:在较低温度和较高高温度各是什么因素占主导作用用?
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21、PN结的单向导电性(图7-12) 问:试结合图像,从理论分析PN结的单向导电原理。