固体物理复习资料
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固体物理复习资料第一章晶体结构1、晶体、非晶体的概念2、常见的几种晶格结构：简单立方晶格、体心立方晶格、面心立方晶格、六角密排晶格、金刚石晶格结构、NaCl晶格结构、CsCl晶格结构、ZnS晶格结构。
3、晶格中最小的重复单元为原胞。
4、简单晶格中，某一个原胞只包含一个原子，所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。
简单立方晶格、体心立方晶格和面心立方晶格均为简单晶格。
5、几种简单晶格的原胞基矢及原胞的体积6、复式晶格包含两种或两种以上的等价原子（或离子）。
常见的复式晶格有……7、维格纳—塞茨原胞：由某一个格点为中心，做出其与最近格点和次近格点连线的中垂面，这些中垂面所包围的空间为维格纳—塞茨原胞。
8、实际晶格= 布拉伐格子（理解）+ 基元（理解）9、理解晶列、晶向，会确定晶向指数；10、会确定晶面指数——密勒指数11、理解倒格子及相关内容（第四节）12、按宏观对称的结构划分，晶体分属于7大晶系，共14种布拉伐格子。
13、作业P578 习题1.3 至1.914、第五节、第六节主要掌握作业涉及的内容第二章固体的结合1、一般固体的结合可以概括为离子性结合、共价结合、金属性结合和范德瓦尔结合四种基本形式。
2、作业P579 习题2.1 2.33、原子结合成晶体时，原子的价电子产生重新分布，从而产生不同的结合力，分析离子性结合、共价结合、金属性结合和范德瓦尔结合力的特点。
离子性结合：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交叠产生强大的排斥力。
当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体；共价性结合：靠两个原子各贡献一个电子，形成所谓的共价键；金属性结合：组成晶体时，每个原子的最外层电子为所有原子共有，因此在结合成金属晶体时，失去了最外层（价）电子的原子实“沉浸”在由价电子组成的“电子云”中。
在这种情况下，电子和原子实之间存在库仑作用，体积越小，电子云密度越高，库仑相互作用的库仑能愈低，表现为原子聚合起来的作用。
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4.（1）晶面：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，它由平面方程 hx+ky+lz=m 描述，又可化为即平面与基轴的截距为m/h, m/k, m/l 。
晶面指数的确定步骤：1、以晶胞中的某一阵点为原点，以三条棱边为轴，并以晶胞棱 边的长度为单位长度；2、求得待定晶面在三个晶轴上的截距；（若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大) 3、取各截距的倒数；4、将三个倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，记为( h k l )——米勒指数。
反之就是本题的解题步骤：（2）晶面在三个坐标轴上的截距分别为：（111） 1 1 1 米勒指数是(111) 的晶面是AGE 面；abcacA CEF固体物理复习资料1. 结合下图，讲解原子、基元、格点、点阵、原胞、晶胞、配位数的概念基元:晶体的基本结构单元阵点(格点):将晶体的基元抽象为一个几何点，所有的几何点在空间规则排列。
将这些代表基元的几何点称为阵点，又叫格点。
点阵:阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
这种三维格子称为晶格，又叫布拉维格子。
原胞:原胞(Primitive cell) 一个晶格中最小重复单元，通过平移能完全覆盖晶格的最小单元。
原胞中只包含一个阵点.晶胞:原胞的选取仅反映晶格周期性；即反映晶格周期性，又反映晶格对称性，取原胞的几倍作为重复单元 .配位数:任一个原子最近邻、等距离的原子数目，描写晶体中原子的紧密程度。
2. 画出体心立方的晶胞图示。
给出基矢的表达式。
证明晶胞的体积是原胞体积的2倍。
晶胞的基矢：a=a i b=a j c=a k由立方体的中心到三个顶点引三个基矢即，原胞的基矢a1=a/2(-i+j+k) a2=a/2(i-j+k)a3=a/2(i+j-k) v=a1·(a2×a3 )=1/2a³即为原来晶胞体积的1/2如果把底层的小球的位置称作A位的话，上一层的位置有两个不同排法，在B位或者C位。
固体物理总复习
gap
2 )q 一维双原子链的长声学波 ( a mM B 长声学波中相邻原子的振动 ( A ) 1
光学波 长波极限
2
mM B m , ( ) － mM A M
§3.4
1. 三维复式格子
三维晶格的振动
l i [ t R l k q ] 格波的一般形式 A e k k
ab c
§5 晶体的宏观对称性
点对称操作 1. 绕轴旋转 2.旋转-反演(反演，镜面) 对称操作
1. 绕轴旋转
2.旋转-反演 3.空间平移
晶体的宏观对称性只有8种独立的对称操作： 1，2，3，4，6， 1 ( i ),
2 (m)
和
4
能证明为何晶体中没有5次对称性？
第二章
• 晶体结合的类型？ • 晶体结合的物理本质？ • 固体结合的类型与固体性质之间的联系？
T —— 电子对比热的贡献, 即电子热容
AT 3—— 晶格振动对比热的贡献, 即晶格热容
温度不太低时，可以忽略电子的贡献 爱因斯坦模型与德拜模型 爱因斯坦温度和德拜温度
§3.9 晶格振动模式密度
晶格振动模式密度 —— 单位频率间隔的振动模式数目
n g ( ) lim 0
在q空间，晶格振动模是均匀分布的，状态密度
本课程的主要内容
晶格动力学
原子核的运动规律 核外电子的运动规律
固体物理
固体电子论
晶格动力学
1. 晶体结构 2. 固体的结合 3. 晶格振动和热学性质
固体电子论
4. 能带理论 5. 外场中电子的运动 6. 金属电子论
第一章 摘
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6 §1-7 §1-8 §1-9
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固体物理复习资料固体物理复习资料固体物理是物理学中的一个重要分支，研究固体物质的性质和行为。
对于学习固体物理的同学来说，复习资料的准备是非常重要的。
本文将为大家提供一些固体物理复习资料，帮助大家更好地理解和掌握这门学科。
一、晶体结构晶体结构是固体物理的基础，它描述了固体中原子、离子或分子的排列方式。
了解晶体结构有助于我们理解固体的性质和行为。
在复习晶体结构时，我们可以从晶体的基本概念开始，如晶体的定义、晶体的分类等。
然后，可以学习晶体的几何结构，如立方晶系、六方晶系等。
此外，还应该了解晶体的点阵结构和晶格常数的计算方法。
二、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体中存在的一些不完美的结构。
了解晶体缺陷对于理解固体的性质和行为非常重要。
在复习晶体缺陷时，可以学习晶体缺陷的分类和特点，如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
还可以学习晶体缺陷对固体性质的影响，如导电性、热导性等。
此外，还可以学习晶体缺陷的形成和控制方法。
三、晶体生长晶体生长是指从溶液或气相中形成晶体的过程。
了解晶体生长对于制备晶体材料具有重要意义。
在复习晶体生长时，可以学习晶体生长的基本原理和方法，如溶液法、气相法等。
还可以学习晶体生长的条件和影响因素，如温度、浓度、溶液饱和度等。
此外，还可以学习晶体生长的控制方法和应用，如生长单晶、合成纳米晶等。
四、固体的电学性质固体的电学性质是指固体导电和电介质性质的研究。
了解固体的电学性质对于理解固体的导电机制和应用非常重要。
在复习固体的电学性质时，可以学习固体的导电机制，如金属的自由电子理论、半导体的能带理论等。
还可以学习固体的导电性质，如电导率、电阻率等。
此外，还可以学习固体的电介质性质，如介电常数、介质极化等。
五、固体的热学性质固体的热学性质是指固体的热传导和热膨胀性质的研究。
了解固体的热学性质对于理解固体的热传导机制和热膨胀行为非常重要。
在复习固体的热学性质时，可以学习固体的热传导机制，如导热电子、晶格振动等。
还可以学习固体的热传导性质，如热导率、热扩散系数等。
复习资料-固体物理
声子: 晶格振动是晶体中诸原子（离子）集体地在其平衡位置附近作振动，由于原子间的相互作用力，各个原子的振动不是彼此独立的，表现为一系列的格波。
格波的能量是量子化的，其最小单位也是 ω，称声子，它是一种玻色子。
声子是格波能量变化的最小单位，它并不是那个原子所有，而是某个格波能量的变化单位。
声子的性质: (1)声子是一种准粒子。
(2)是一种自旋量子数为零的玻色子。
(3)满足动量守恒与能量守恒定律。
(4)声子间互相碰撞改变状态、消灭、形成新的声子。
声子与声子的作用：产生或湮灭，倒过程，产生热导与热阻。
热传导的产生：固体热传导的能量载体包括电子，声子和光子。
温度高处声子浓度大，声子将以声速往温度低处运动，这就是声子导热过程。
由于晶格作非简諧运动，声子间会发生散射。
倒格矢及其正格子的关系及其证明设倒格子的基矢为b 1、b 2、b 3，倒格矢可表示为: 当倒格子基矢b j （j = 1，2，3）与正格子基矢a i （i = 1，2，3）之间符合以下关系式（1.1.7）自然满足。
以a i 为基矢的格子与b j 为基矢的格子，互为正倒格子。
晶体中缺陷的产生分类及其性质缺陷是引起晶体中周期性畸变的区域。
缺陷的形成或消失，都是通过与其它的缺陷（如位错、晶界、界面等）间相互作用来完成的，缺陷可以分为原子缺陷与电子缺陷两大类。
使晶体中电子周期性势场畸变的称电子缺陷；使原子排列周期性畸变的称原子缺陷。
根据原子缺陷的线度可分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷、微缺陷、声子 布洛赫函数与布洛赫波及其性质u(k,r)应具有与晶格相同的周期性 上式称布洛赫函数或布洛赫波物理意义：电子可以在整个晶体中运动；不同点发现的几率不同；电子出现在不同原胞的对应点上几率是相同的，是晶体周期性的反映。
布洛赫函数的状态由波矢决定。
布洛赫波性质这是一个调幅平面波。
表明晶体中电子是公有化的：不同点发现的几率不同；等同点或对称点发现电子几率相同。
能带的产生及其性质从能量的角度看，如果电子只有原子内运动（孤立原子情况），电子的能量取分立的能级；若电子只有共有化运动（自由电子情况），电子的能量连续取值。
固体物理复习要点
固体物理复习要点名词解释1、基元、布拉伐格子、简单格子。
2、基矢、原胞3、晶列、晶面4、声子5、布洛赫定理（Bloch定理）6、能带能隙、晶向及其标志、空穴7、紧束缚近似、格波、色散关系8、近自由近似9、振动模、12、导带；价带；费米面简单回答题1、倒格子是怎样定义的？为什么要引入倒格子这一概念？2、如果将等体积的刚球分别排成简单立方、体心立方、面心立方结构，则刚球所占体积与总体积之比分别是多少？3、在讨论晶格振动时，常用到Einstein模型和Debye模型，这两种模型的主要区别是什么？以及这两种模型的局限性在哪里？6、叙述晶格周期性的两种表述方式。
7、晶体中传播的格波和普通连续媒质中传播的机械波如声波、水波等有何不同？导致这种不同的根源又是什么？8、晶格热容的爱因斯坦模型和德拜模型各自的假设是什么？两个模型各自的优缺点分别是什么？10、能带理论中的近自由电子近似和紧束缚近似的基本假设各是什么？两种近似方法分别适合何种对象？11、以一维简单晶格和三维简单立方晶格为例，给出它们的第一布里渊区。
12、以简单立方晶格为例，给出它的晶向标志和晶面标志（密勒指数）。
13、试证明任何晶体都不存在宏观的5次对称轴。
14、在运用近自由电子模型计算晶体中电子能级（能带）时为什么同时用到简并微扰和非简并微扰？。
15、给出导体，半导体和绝缘体的能带填充图，并以此为基础说明三类晶体的导电性。
k=）波函数在点群操16、给出简单立方晶格中Γ点（其波矢(0,0,0)作下的变换规律。
17、简要叙述能带的近自由电子近似法和紧束缚近似法的区别。
18、给出Bloch能带理论的基本假设。
24、引入伯恩-卡门条件的理由是什么？25、在布里渊区边界上电子的能带有什么特点？26、原子结合成固体有哪几种基本形式？其本质是什么？27、画出二维正方晶格的第一和第二布里渊区。
计算回答题1、 求六角密排结构的堆积比（刚球所占体积与总体积之比）。
2、 求体心立方结构中具有最大面密度的晶面族，并求出这个最大面密度的表达式。
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简述题：1、对晶体做结构分析时，为仕么不使用可见光？2、温度升高时，衍射角如何变化？X 光波长变化时，衍射角如何变化？3、为什么金属具有延展性而原子晶体和离子晶体却没有延展性？4、试从金属键的结合特性说明，为何多数金属形成密积结构？5、长光学支格波与长声学支格波本质上有何差别？6、绝对零度时还有格波存在吗？若存在，格波间还有能量交换吗？7、何为费米面？金属电子气模型的费米面是何形状？8、为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）的相互作用力除了吸引力还要有排斥力？排斥力的来源是什么？9、定性说明能带形成的原因。
10、什么是近自由近似？按照近自由近似，禁带是如何产生的？11、解理面往往是面指数低的晶面还是面指数高的晶面？为什么？12、同一温度下，一个光学波的声子数目与一个声学波的声子数目相同吗？为什么？13、什么是紧束缚近似？按照紧束缚近似，禁带是如何产生的？14、什么是逸出功？在热电子发射问题中，逸出功与那些因素有关？15、为什么形成一个空位所需要的能量低于形成一个弗兰克尔缺陷所需要的能量？计算题1、证明：在理想的一维离子晶体晶格中马德隆常数2ln 2=α。
2、证明：在正交、四方和立方晶系中晶面)(hkl 的晶面间距2/1222222)///(-++=c l b k a h d hkl 。
计算硅单晶的111d （晶格常数043.5A a =） 3、画出简单立方中的[213]晶向和（213）晶面。
4、画出面心立方、体心立方中（100）和（110）晶面上的格点排列。
5、分别计算体心立方和面心立方点阵的单胞与原胞的体积比。
6、分别计算SC 、BCC 、FCC 点阵的最大堆积密度。
7、钠（原子量23）具有体心立方结构，晶格常数023.4A a =，试计算钠的密度。
8、证明：BCC 与FCC 互为倒易点阵。
9、计算倒易原胞体积*Ω，并给出与正空间原胞体积Ω之间的关系。
10、设有一维单原子链，原子质量为m ，原子间距为a ，原子间的恢复力常数为β，试给出原子的运动方程及色散关系。
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2、共价结合：依靠共用电子对结合，强键；饱和性和方向性 3、金属结合：共有化电子与正离子实库仑作用，强键 4、范德瓦尔斯结合 ：瞬时电偶极矩之间的有效吸引作用，弱键
三、基本概念：
平衡间距、结合能、马德隆常数、雷纳德 - 琼斯（ LennardJones ）势、 sp3杂化、共价键饱和性和方向性、原子的负电 性 四、基本计算 1 、两个粒子之间的相互作用势能，如果分别用吸引势能 和排斥势能来表示，可用幂函数表示 2、平衡间距 3、离子晶体的结合能 4、分子晶体的结合能
五、晶向指数和晶面指数
1.晶向指数[m,n,p] 2.晶面指数（密勒指数）（hkl）
六、倒格子与布里渊区
1. 倒格子： （1）定义（倒易点阵基矢 ） （2）倒格子的重要性质（正倒格子间的关系） 2. 布里渊区（B.Z）
（1）定义
（2）画图
七、三维7大晶系和14种布拉伐格子，二维4大晶系和5种布拉
伐格子
二、点缺陷：在一个或几个晶格常数的线度范围内，使晶体周 期性结构受到破坏或影响的晶体缺陷。
分类：空位（肖特基缺陷 ）、间隙原子、弗仑克尔缺陷、杂 质原子 等。 三、线缺陷：位错 1、分类：刃位错、螺位错 2、特征及形成原因 四、面缺陷：堆垛层错
2
m sin( qa qa ) m sin( ) 2 2
二、一维双原子链的晶格振动 1.模型 2.色散关系 3.关于声学波和光学波的讨论
2
mM 4mM 2 [1 1 sin (qa)] 2 mM (m M )
长波极限 声学格波描写元胞内原子的同相运动， 光学格波描写元胞内原子的反相运动。 两支格波最重要的差别：分别描述了原子不同的运动状态 4.q 的取值（第一布里渊区内），在第一布里渊区边界上， 存在格波频率“间隙”。
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第一章 晶体结构 名词解释：1. 晶体：原子按一定的周期排列规则的固体（长程有序）。
例如：天然的岩盐、水晶以及人工的半导体锗、硅单晶都是晶体。
2. 晶体结构：晶体中原子的具体排列形式称为晶体结构。
晶体结构=基元+布拉菲点阵。
3. 平移周期性：4. 元胞：一个晶格中的最小重复单元（体积最小）。
5. 晶胞（单胞？）：为了反应晶格的对称性，常取最小重复单元的几倍作为重复单元。
6. 基元：由不等价分人原子组成的最小重复单元。
7. 布拉菲点阵：为了简单明确地描述晶体内部结构的周期性，常把基元抽象成一点，这个基元的代表点称为格点。
格点在空间的周期性排列就构成布拉菲点阵（格子）。
8. 倒易点阵：倒点阵是正点阵的傅里叶变换，它是与坐标空间联系的傅里叶空间中的周期性阵列。
9. 倒易格矢： 10. 基矢：倒格子基矢与原胞基矢有如下关系：原胞体积：11. 晶格常数：晶格常数指的就是晶胞的边长，也就是每一个立方格子的边长。
12. 复式格子：基元（格点）含有2种或2种以上的原子。
13. 简单格子（布拉菲格子）：基元（格点）只有一个原子的晶格。
14. 维格纳-塞茨原胞：由某一个格点为中心，做出最近各点和次近各点连线的中垂面，这些所包围的空间为维格纳-塞茨原胞。
15. 晶面指数：以基矢a 1、a 2、a 3为坐标系，从原点算起第一个晶面的截距的倒数h 1、h 2、h 3去标记这一簇晶面，记为（h 1h 2h 3），称为晶面指数。
16. 米勒指数：以单胞的三条棱a 、b 、c 为坐标系，决定的指数，称为米勒指数，记为（hkl ）。
17. 晶向指数：如果从一个结点沿某晶列方向到最近邻结点的平移矢量为R l =l 1a 1+l 2a 2+l 3a 3，则用l 1、l 2、l 3来标志该晶列所对应的晶向，记为[l 1，l 2，l 3]，称为晶向指数。
18. 金刚石结构： 19. 六角密排结构： 20. 立方密排结构： 21. NaCl 结构：22. 几种对称操作及相应对称元素：对称操作所凭借的几何元素—对称元素。
(完整版)固体物理复习
非晶体——原子的排列没有明确的周期性（短程有序）晶体——原子按一定的周期排列规则的固体（长程有序）准晶体——介于晶体和非晶体之间的新的状态晶体结构最常见的三种立方格子简单立方晶格、面心立方晶格、体心立方晶格，其配位数分别为6、12、8；六角密堆的配位数为12，金钢石结构的配位数为4。
原胞是最小的晶格重复单元。
对于简单晶格，原胞包含1个原子。
若321,,aaa表示某布拉伐格子的基矢（又称正格子基矢），321,,bbb表示该布拉伐格子的倒格子基矢，那么正格子基矢与倒格子基矢之间满足的关系为：。
(教材：p17)画出体心立方、面心立方和六角密堆的原胞，如果各自晶胞的体积为v，则原胞的体积分别为v/2,v/4,v/3晶向晶面画出简单立方晶格的晶向，立方边共有6个不同的晶向由于立方晶格的对称性，以上6个晶向是等效的可以表示为<100>]100[],001[],10[]010[],001[],100[100110111<><><>按结构划分，晶体可以分为7 大晶系，共有 14 布拉伐格子。
若321,,a a a表示某布拉伐格子的基矢（又称正格子基矢），321,,b b b 表示该布拉伐格子的倒格子基矢，那么矢量332211a n a n a n R++=的全部端点的集合构成)100(面等效的晶面数分别为：3个 }100{表示)110(面等效的晶面数分别为：6个 }110{表示)111(面等效的晶面数分别为：4个 }111{表示231123312123123123222a a b a a a a a b a a a a a b a a a πππ⨯=⋅⨯⨯=⋅⨯⨯=⋅⨯2()20()i j ij i j a b i j ππδ==⎧⋅=⎨=≠⎩布拉伐格子，矢量332211b h b h b h G h++=的全部端点的集合构成 倒格子 。
对晶格常数为a 的SC 晶体，与正格矢k a j a i a R22++=正交的倒格子晶面族的面指数为 （122） , 其面间距为 a32π。
固体物理复习
321a a a ,,⎪⎭⎫ ⎝⎛414141第一章1.固体按其结构的有序程度可分为晶体和非晶体。
晶体:长程有序（分为单晶体和多晶体（微晶））。
非晶体：不具有长程序的特点。
具有短程序。
准晶体：有长程有序性，没有平移对称性。
2. 基元：构成晶体的基本单元。
它可以包含一个或几个原子、离子或分子。
格点：空间抽象出来的代表基元的点。
它可以是基元重心的位置，也可以是基元中任意的点。
布拉维格子（布喇菲格子）：格点形成的晶格；晶格（点阵）＋基元＝晶体结构；晶格是晶体结构周期性的数学抽象，它忽略了晶体结构的具体内容，保留了晶体结构的周期性。
3.晶格平移矢量： ，基矢： 4.原胞（固体物理学原胞）：由基矢为棱边，组成的平行六面体形成的晶格结构的最小重复单元。
特点：a. 基矢和原胞选取选取具有多样性。
b. 只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。
C.原胞反映了晶体晶格的周期性。
体积： 5.维格纳-塞茨原胞（简写为WS 原胞），也称为对称原胞: 构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S 原胞。
特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。
既反映了晶体的周期性，又反映了晶体的一切对称性 。
6.晶胞（结晶学原胞）：能直观反映晶体对称性的晶格的重复单元。
基矢选取原则：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向。
模a, b, c 为各轴上的周期，称为晶格常数。
特点：（a ）具有明显的对称性和周期性。
（b ）晶胞不仅在平行六面体顶角上有格点，面上及内部亦可有格点。
其体积是固体物理学原胞体积的整数倍。
体积： 立方晶系晶胞的体积: 。
(a)简立方SC:晶胞和原胞都包含包含1个格点。
固体物理学原胞的体积(b)体心立方（bcc):平均每个晶胞包含 2个格点。
固体物理学原胞的体积：(c)面心立方(fcc):每个面心立方晶胞包含4个有效格点。
固体物理考试 复习
1、简立方原胞基矢 体心立方原胞基矢 面心立方原胞基矢kj i a a a a a a321)(2/)(2/)(2/321k j i a a k j i a a k j i a a)(2/)(2/)(2/a 321j i a a i k a a k j a2、试证面心立方的倒格子是体心立方证：设与晶轴a 、b 、c 平行的单位矢量分别为i 、j 、k 。
面心立方正格子的原胞基矢可取为)(2),(2),(2321j i a a i k a a k j a a由倒格子公式得][2,][2,][2213132321a a b a a b a a b 可得倒格基矢为： ),(2),(2),(2321k j i ab k j i a b k j i a b3、考虑晶格中的一个晶面（hkl ），证明：(a ) 倒格矢123h G hb kb lb u r r r r 垂直于这个晶面；(b ) 晶格中相邻两个平行晶面的间距为2hkl hd Gu r；(c ) 对于简单立方晶格有22222a d h k l 。
证明：（a ）晶面（hkl ）在基矢321a a a 、 、 上的截距为la k a h a 321、 、 。
作矢量： k a h a m 211，l a k a m 322 ，ha l a m 133 显然这三个矢量互不平行，均落在（hkl ）晶面上（如右图），且022232132132121321211a a a a a la a a a a k a a a a a h k a h ab l b k b h k a h a G m h同理，有02 h G m ，03 h G m 所以，倒格矢 hkl G h 晶面。
（b ）晶面族（hkl ）的面间距为：hkl h a h a d 11（c ）对于简单立方晶格：212222lk h a22222l k h a d4、一维简单格子，按德拜模型，求出晶格热熔，并讨论高低温极限。
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第一章晶体的结构固体物理学：研究固体的结构及其组成粒子（原子、离子、电子等）之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科。
固体物理学是研究固态物质物理性质的学科。
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。
固体分类：晶体（长程有序，单晶、多晶）非晶体（不具有长程序的特点,短程有序。
）准晶体（有长程取向性，而没有长程的平移对称性。
）长程有序：晶体中的原子都是按照一定规则排列的，这种至少在微米数量级范围的有序排列，称为长程有序。
自限性：晶体所具有的自发地形成封闭凸多面体的能力称为自限性。
其本质是原子之间的结合遵从了能量最小原理。
解理面：晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质，称为晶体的解理性，这样的晶面称为解理面。
晶面角守恒定律：属于同一品种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定不变。
物理性质随观测方向而变化的现象叫做各项异性，是晶体区别非晶体的重要特性。
性质不随空间位置而改变的现象叫做均匀性。
晶体在某几个特定方向上可以异向同性，这种相同的性质在不同的方向上有规律地重复出现，称为晶体的对称性。
晶体的宏观特性：长程有序性、自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点。
晶体结构的微观基本特征：单元性和周期性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晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，这个点子称为晶格在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周期为边长形成的平行六面体作为重复单元，这个平行六面体沿三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格，形成晶体，这个平行六面体即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为原胞的基本平移矢量，简称基矢。
一个粒子周围最近邻的粒子数称为配位数.简单的晶体结构：fcc （配位数12、原子数4）bcc（配位数8、原子数2）以布拉维原胞基矢为坐标轴来表示的晶面指数称为密勒指数，用(hkl)表示倒易矢量也可以理解为波矢k，k，通常用波矢来描述电子在晶体中的运动状态或晶体的振动状态。
固体物理复习资料
第1章晶体结构和晶体衍射一、晶格结构的周期性与对称性：1.原胞（初基晶胞）、惯用晶胞的定义：原胞：晶格具有三维周期性，三维晶格中体积最小的重复单元称为固体物理学原胞，简称原胞。
惯用晶胞：为了反映晶体的周期性和对称性，所取的重复单元不一定是最小的。
结点不仅可以在顶角上，还可以在体心或面心上，这种最小重复单元称为惯用晶胞（也叫作布拉维晶胞）2.晶向与晶面指数的定义晶向：布拉维格子上任何两格点连一直线称为晶列，晶列的取向称为晶向。
晶向指数：R=l1a1+l2a2+l3a3，将l1，l2，l3化为互质整数，用l1，l2，l3表示晶列的方向，这三个互质整数称为晶向指数。
晶面指数：晶面族在基矢上的截距系数的倒数，化成与之具有相同比率的三个互质的整数h，k，l。
二、什么是布拉维点阵(格子)？为什么说布拉维点阵是晶体结构的数学抽象？描述点阵与晶体结构的区别？1.如果晶体由一种原子组成，且基元中只包含一个原子，则相应的网格就称为布拉维格子。
如果晶体虽由一种原子组成，但若基元中包含两个原子，或晶体由多种原子组成，则每一种原子都可以构成一个布拉维格子。
2.布拉维格子是一个无限延伸的点阵，它忽略了实际晶体中表面、结构缺陷的存在，以及T≠0时原子瞬时位置相对于平衡位置小的偏离。
但它反映了晶体结构中原子周期性的规则排列。
即平移任意格矢R n，晶体保持不变的特性，是实际晶体的一个理想抽象。
3.晶体结构＝点阵＋基元三、典型的晶体结构、对应的布拉菲点阵及其最小基元是什么？晶体结构：1.氯化钠（NaCl）结构该结构的布拉维点阵是fcc，初基基元为一个Na+离子和一个Cl-离子。
2.氯化铯(CsCl)结构该结构的布拉维点阵是sc（简单立方），初基基元为一个Na+离子和一个Cl-离子。
3.六角密堆积(hcp)结构该结构的布拉维晶格点阵是简单六角，初基基元包含两个原子，原子位置：(0 0 0)，(2/3，1/3，1/2)。
4.金刚石结构金刚石型结构的晶格类型属于fcc晶格点阵（该结构可以看作是两个fcc晶格格点上放上同种原子沿立方体的体对角线错开1/4对角线长而得到。
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一．选择题：1、面心立方晶格的晶胞的体积是其原胞体积的( D )A.21 B. 31 C. 41 D. 612、下图为三维晶格的平面示意图，图中1α、2α分别表示晶格在该平面上的基矢，另一基矢3α垂直于1α、2α所在的平面。
现有平行于3α的晶面截取1α、2α（如下图（a ）（b ）（c ）所示），图（a ）中晶面的密勒指数为()100，图（b ）和图（c ）中晶面的密勒指数分别为( D )（a ） （b ） （c ）A. ()110和()120B. ()110和()210C. ()011和()120D. ()011和()210 3、面心立方晶格和体心立方晶格的简约布里渊区分别是( D )A. 八面体和正十二面体B. 正十二面体和截角八面体C. 正十二面体和八面体D. 截角八面体和正十二面体 4、对一个简单立方晶格，若在第一布里渊区面心上一个自由电子的动能为E ，则在该区顶角上一个自由电子的动能为A. EB. 2EC. 3ED. 4E5、相邻原子间距为a 的一维单原子链的第一布里渊区也是波数q 的取值范围为( B ) A.aq a ππ22≤<-B. aq aππ≤<-C. aq a22ππ≤<-D. aq a44ππ≤<-6、关于电子有效质量下列表述中正确的是( B )A. 在一个能带底附近，有效质量总是负的；而在一个能带顶附近，有效质量总是正的B. 在一个能带底附近，有效质量总是正的；而在一个能带顶附近，有效质量总是负的C. 在一个能带底附近和能带顶附近，有效质量总是正的D. 在一个能带底附近和能带顶附近，有效质量总是负的 7、下面几种晶格中,不是金属元素常采取的晶格结构是( A )A. 金刚石晶格B.面心立方晶格C.六角密排晶格D. 体心立方晶格 9、温度升高，费米面E F ( D )A.不变B. 大幅升高C. 略为升高D. 略为降低10、在极低温度下，晶格的热容量C v 与温度T 的关系是 ( D )A. C v 与T 成正比B. C v 与2T 成正比 C. C v 与3T 成正比 D. C v 与T 3成反比 11、一晶格原胞的体积为v ，则其倒格子原胞的体积为( D )A. vB. 2vC. v π2D.v3)2(π13、以下属于简单晶格的是( A )A. 面心立方晶格B. 六角密排晶格C. 金刚石晶格D. NaCl 晶格 14、体心立方晶格的晶格常数为a ，则晶格中最近邻原子的间距r 为( B ) A. 2a B. 23a C. 334 a D. 433 a15、相邻原子间距为a 的一维双原子链的第一布里渊区也是波数q 的取值范围（ C ） A.aq a ππ22≤<-B. aq aππ≤<-C. aq a22ππ≤<-D. aq a44ππ≤<-17、下图为三维晶格的平面示意图，图中1α、2α分别表示晶格在该平面上的基矢，另一基矢3α垂直于1α、2α所在的平面。
现有平行于3α的晶面截取1α、2α（如下图（a ）（b ）（c ）所示），图（a ）中晶面的密勒指数为()100，图（b ）和图（c ）中晶面的密勒指数分别为( D )（a ） （b ） （c ）A. ()110和()120B. ()110和()210C. ()011和()120D. ()011和()210 18、面心立方晶格和体心立方晶格的简约布里渊区分别是( D )A. 八面体和正十二面体B. 正十二面体和截角八面体C. 正十二面体和八面体D. 截角八面体和正十二面体 19、能带理论中关于导体的导带和价带，下列表述中正确的是( A )A. 除了一系列被电子充满的能带，还有只是部分地被电子填充的能带，后者被称为导带B. 除了一系列被电子充满的能带，还有只是部分地被电子填充的能带，后者被称为价带C. 电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部是空的，最高的满带称为导带，最低的空带称为价带D. 电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部是空的，最高的满带称为价带，最低的空带称为导带 20、德拜模型与爱因斯坦模型的主要区别在于( C )A. 德拜模型假设晶格中各原子的振动可以看作是相互独立的B. 德拜模型假设晶格中各原子的振动都具有同一频率C. 德拜模型考虑到了频率分布(格波的频率分布)D. 德拜模型所得结果与实验结果完全符合 21、以下属于简单晶格的是( A )A. 面心立方晶格B. 六角密排晶格C. 金刚石晶格D. NaCl 晶格 22、有的半导体可以制作发光器件，发光的颜色取决于( B )A. 半导体中电子、空穴浓度B. 半导体的带隙宽度C. 入射光的强度D. 入射光的波长23、下面几种晶格中,不是金属元素常采取的晶格结构是( A )A. 金刚石晶格B.面心立方晶格C.六角密排晶格D. 体心立方晶格 24、金刚石晶格和体心立方晶格的配位数分别为 ( B )A.4和6B.4和8C.6和8D.8和12 25、能带理论中关于非导体的导带和价带，下列表述中正确的是( C )A. 除了一系列被电子充满的能带，还有只是部分地被电子填充的能带，后者被称为导带；最低的空带称为价带B. 除了一系列被电子充满的能带，还有只是部分地被电子填充的能带，后者被称为价带；最低的空带称为导带C. 电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部是空的，最高的满带称为导带，最低的空带称为价带D. 电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部是空的，最高的满带称为价带，最低的空带称为导带 26、（111）晶面与[111]晶向( B )A.平行B. 垂直C. 重叠D. 有任意夹角 28、体心立方晶格中最近邻原子的间距为r ，则晶格常数a 为( C ) A. 2r B. 23r C.332r D. 433r29、晶格全部对称操作的集合构成空间群，空间群总数和其中的点空间群数为（ A ）A. 230和73B. 230和15C. 773和32D.48和12 30、体心立方晶格的一个晶胞中原子球所占体积与晶胞体积之比为（ D ） A.6πB. 62πC.163πD.83π二．填空题：1、按照原子排列的特点，固体材料可分为 晶体、非晶体和准晶体 。
2、共价结合有两个基本特征： 和 。
3、能带论建立的基本假定是4、立方边[110]与晶面(110)相 。
（垂直或平行）5、温度升高，费米面E F 略为 。
（升高或降低）6接触电势指7、布拉伐格子按宏观对称分属于 个晶系。
简单立方、体心立方和面心立方属于这些晶系中的 。
8、通常把导带底和价带顶处于k 空间同一点的半导体称为 ，而把导带底和价带顶处于k 空间不同点的半导体称为 。
一般制作利用电子-空穴复合的发光器件要用这两种半导体中的 半导体。
9、利用半导体中的霍耳效应可测定半导体是P 型还是N 型，如果测得的霍耳系数是正值，则该半导体是 半导体。
加上中心反演的联合操作以及其联合操作的倍数不变时，这个轴便称为物体10、若一个物体绕某一转轴转2的，对称素为。
11、NaCl晶体中包含有N个原胞，每个原胞有n个原子，该晶体晶格振动的格波简正模式总数是，其中声学波有个，光学波有个。
12、布拉伐格子按宏观对称分属于个晶系，这些晶系对应种点群。
13、杜隆-珀替定律与实验结果相矛盾之处在于：该定律中比热容是一个与温度和材料性质无关的常数，而实验发现低温下，14、由于共价结合具有饱和性，Ⅵ族元素采用共价结合时满足8-N定则，因此该族元素一个原子只能形成个共价键。
15、有的半导体可以制作发光器件，发光的颜色取决于。
16、晶格振动指，晶格振动采取格波的形式，格波的量子称为，它的能量等于。
17、碳原子结合成石墨晶体时采用的两种基本结合形式为和。
18、碳原子结合成石墨晶体时采用了结合和结合两种基本结合形式。
19、元素周期表由上到下，负电性逐渐，在一个周期内表现出由左到右负电性不断的趋势。
（增强或减弱）20、主要依靠电子导电的半导体称为半导体。
主要依靠空穴导电的半导体称为半导体。
21、能带论建立的基本假定是 22、温度升高，费米面E F略为。
（升高或降低）23、接触电势指24、晶格的散射总是伴随格波的量子的吸收或发射，格波的量子称为，它的能量等于。
25、简单立方格子的第一布里渊区形状为，体心立方格子的第一布里渊区形状为，面心立方格子的第一布里渊区形状为26、对一个简单立方晶格，若在第一布里渊区面心上一个自由电子的动能为E，则在该区顶角上一个自由电子的动能为。
三、作图题1、画出面心立方晶格(100)面上的原子排列。
2、在下图中用实线作出六角密排晶格的原胞。
3、画出体心立方晶格(110)面上的原子排列。
4、在下图中用实线作出面心立方晶格的原胞。
计算题：1、一维复式格子g m 241067.15-⨯⨯=，4=mM ，m N /105.1⨯=β（即cm dyn /105.14⨯），求光学波0max ω，0m in ω，声学波Amax ω。
（注：可不算出最后数据结果）2、 已知一维晶格中电子的能带可写成()⎪⎭⎫⎝⎛+-=ka ka ma k E 2cos 81cos 8722 ，式中a 是晶格常数，m 是电子的质量，求：（1）能带的宽度 。
（2）电子的平均速度，。
3、 一晶体具有面心立方晶格结构，若组成晶体的原子的半径为R ，求该晶格的晶格常数，晶格晶胞的体积，晶格原胞的体积及堆积比率（结果均用R 表示）。
4、 、已知某离子晶体具有NaCl 晶格结构，晶体包含N 个原胞，总作用势可以表示为 ，其中 都是>0的常数，若2=m ，8=n ，（1）求出处于平衡状态时的原子间距r 0； （2）求结合能W()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=n mr r N r U βα2βα,5、已知某一维晶体的晶格常数为a ，其价电子的能带可写为：()⎪⎭⎫⎝⎛+-=ka ka ma k E 2cos 81cos 8722，试求（1）能带顶部的有效质量，电子在波矢状态的速度； （2）能带的带宽。
6、若一晶体的相互作用能可以表示为()nmrrr U βα+-=，其中α，β，n ，m 均为大于零的常数。
若2=m ，8=n ，求平衡间距0r （用α，β表示）。
7、已知能带为：()()z y x ak ak ak k E cos cos cos βα-+-=其中0>α，0>β，a 为晶格常数，试求（1） 能带宽度 （2） 电子在波矢)1,1,1(2aπ状态下的速度参考答案：（答案仅供参考）填空题：1. 晶体，非晶体，准晶体2. 饱和性，方向性3. 固体中的电子不再束缚于个别的原子而是在整个固体内运动，即共有化电子。
（注：若只答“共有化电子”也正确）4. 垂直5. 降低6. 任意两个不同的导体相接触或以导线联结时会带电，此时产生出来的不同的电势7. 七，立方晶系8. 直接带隙半导体，间接带隙半导体，直接带隙 9. P 型10. 4次旋转反演轴（或4重旋转反演轴），411. 3nN ， 3N ， （3n-3）N 12. 7，3213.比热容随温度下降迅速减小，当T 趋于0K 时，比热容趋于0 14. 215. 半导体的带隙宽度16. 原子在格点附近的振动，声子，ω （或q ω 、()q ω 均可）17.共价结合，范德瓦尔斯结合18. 共价结合，范德瓦耳（斯）结合 19. 减弱，增强 20. N 型，P 型21. 固体中的电子不再束缚于个别的原子而是在整个固体内运动，即共有化电子。