固体物理期末复习题目及问题详解

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固体物理复习题目解答

固体物理复习题目解答

一、名词解释:1、晶体:是由离子、原子或分子(统称为粒子)有规律地排列而成的,具有周期性和对称性。

2、非晶体:有序度仅限于几个原子,不具有长程有序性和对称性。

3、点阵:格点的总体称为点阵。

4、晶格:晶体中微粒重心,做周期性的排列所组成的骨架,称为晶格5、格点:微粒重心所处的位置称为晶格的格点(或结点)。

6、晶体的周期性:晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复,这样的性质成为晶体结构的周期性。

7、晶体的对称性:晶体经过某些对称操作后,仍能恢复原状的特性。

(有轴对称、面对称、体心对称即点对称)。

8、密勒指数:某一晶面分别在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比称为此晶面的Miller 指数9、倒格子:设一晶格的基矢为→1a ,→2a ,→3a ,若另一格子的基矢为→1b ,→2b ,→3b ,与→1a ,→2a ,→3a 存在以下关系:⎩⎨⎧≠===∙ji j i a b ij j i 022ππδ (i,j=1,2,3)。

则称以→1b ,→2b ,→3b 为基矢的格子是以→1a ,→2a ,→3a 为基矢的格子的倒格子。

(相对的可称以→1a ,→2a ,→3a 为基矢的格子是以→1b ,→2b ,→3b 为基矢的格子的正格子)。

10、配位数:可以用一个微粒周围最近邻的微粒数来表示晶体中粒子排列的紧密程度,称为配位数。

11、致密度:晶胞内原子所占体积与晶胞总体积之比称为点阵内原子的致密度。

12、固体物理学元胞:体积最小的晶胞,格点只在顶角上,内部和面上都不包含其他格点,整个元胞只包含一个格点。

是反映晶体周期性的最小结构单元。

13、结晶学元胞:格点不仅在顶角上,同时可以在体心或面心上;晶胞的棱也称为晶轴,其边长称为晶格常数、点阵常数或晶胞常数;体积通常较固体物理学元胞大。

反映晶体周期性和对称性的最小结构单元。

14、布拉菲格子:晶体由完全相同的原子组成,原子与晶格的格点相重合,而且每个格点周围的情况都一样。

固体物理期末复习题目

固体物理期末复习题目

一、名词解释:1、晶体 ;2、非晶体;3、点阵;4、晶格;5、格点;6、晶体的周期性;7、晶体的对称性8、密勒指数;9、倒格子;10、配位数;11、致密度;12、固体物理学元胞;13、结晶学元胞;14、布拉菲格子;15、复式格子;16、声子;17、布洛赫波 ;18、布里渊区;19、格波;20、电子的有效质量二、计算证明题1. 晶体点阵中的一个平面hkl ,试证:(1)晶格的两个相邻平行平面(这些平面通过格点)之间的距离为2||hkl d K π=此处123K hb kb lb =++;(2)利用上述关系证明,对于简单立方格子,22d l =+ a 为晶格常数;(3)说明什么样的晶面容易解理,为什么?2、金刚石晶胞的立方边长为m 101056.3-⨯,求最近邻原子间的距离、平均每立方厘米中的原子数和金刚石的密度。

(碳原子的重量为2310*99.1-g )3. 试证:在晶体中由于受到周期性的限制,只能有1、2、3、4、6重旋转对称轴,5重和大于6重的对称轴不存在。

4、晶体点阵中的一个平面.hkl(a )证明倒易点阵矢量321b l b k b h G ++=垂直于这个平面。

(b )证明正格子原胞体积与倒格子原胞体积互为倒数5. 证明体心立方格子和面心立方格子互为正、倒格子。

6. 在六角空间格子中选取一平行六面体为原胞,试求:(1)基矢321,,a a a的表示式;(2)原胞的体积;(3)倒格子基矢321,,b b b 。

7、氪原子组成惰性晶体为体心立方结构,其总势能可写为()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=6612122R A R A N R U σσε,其中N 为氪原子数,R 为最近邻原子间距离,点阵和A 6=12.25,A 12=9.11;设雷纳德—琼斯系数ε=0.014eV ,σ=3.65。

求:(1)平衡时原子间最近距离R 0及点阵常数a ;(2)每个原子的结合能(eV )。

8. 设两原子间的互作用能可表示为()n m r r r u βα+-=式中,第一项为引力能;第二项为排斥能;βα,均为正常数。

固体物理期末试卷及参考解答B

固体物理期末试卷及参考解答B

课程编号: 课程名称: 固体物理试卷类型:、卷 卷 考试时间: 120 分钟 1.什么是晶面指数?什么是方向指数?它们有何联系?2.请写出布拉格衍射条件,并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。

3. 为什么组成晶体的粒子(分子、原子或离子)间的相互作用力除吸引力还要有排斥力?排斥力的来源是什么?4.写出马德隆常数的定义,并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常数。

5.什么叫声子?长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别?6.温度降到很低时。

爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大,但此时,德拜模型却与实验结果符合的较好。

试解释其原因。

7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么?费米能与那些因素有关?8.什么是弱周期场近似?按照弱周期场近似,禁带产生的原因是什么?9. 什么是本征载流子?什么是杂质导电?10.什么是紧束缚近似?按照紧束缚近似,禁带是如何产生的?二、计算题(本大题共5小题,每小题10分,共50分) 1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体,电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移,证明在这一位移下系统是稳定的,并给出这一小振动问题的特征频率。

2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示,证明:对于面心立方格子,i n 的和为偶数。

3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小,有效质量m m1.0=*,当导带电子具有k T 300=的平均速度时,计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。

4. 对于原子间距为a ,由N 个原子组成的一维单原子链,在德拜近似下,(1)计算晶格振动频谱;(2)证明低温极限下,比热正比于温度T 。

5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构,(1)画出前三个布里渊区;(2)求出每原子有一个自由电子时的费米波矢;(3)给出第一布里渊区内接圆的半径;(4)求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数;(5)平均每原子有两个自由电子时,在简约布里渊区中画出费米圆的图形。

高校物理专业固体物理学期末考试试卷及答案

高校物理专业固体物理学期末考试试卷及答案

高校物理专业固体物理学期末考试试卷及答案一、选择题(每题2分,共40分)1. 下列哪种材料是典型的固体?A. 水B. 空气C. 玻璃D. 油2. 表征物质导电性质的关键因素是:A. 导热系数B. 形变C. 导电子数D. 电阻率3. 相互作用力程远大于它的大小尺度的物质状态是:A. 液体B. 气体C. 等离子体D. 固体4. 根据原子内部粒子组织排列方式的不同,将固体分为晶体和非晶态,以下哪种属于非晶态?A. 钻石B. 石英C. 玻璃D. 铜5. 材料的抗拉强度指的是:A. 材料在拉伸过程中发生断裂的能力B. 材料的硬度C. 材料的耐磨性D. 材料的延展性(以下为第6题至第40题的选项省略)二、填空题(每题3分,共30分)1. 固体的最基本由原子、分子或离子组成的单位结构叫作_____________。

2. 点阵是固体晶体结构中原子、离子或分子的_____________组成的排列方式。

3. 若一堆物体在某种温度下开始熔化,则该温度即为该物质的_____________点。

4. 固体由于结构的紧密性,其密度通常较_____________。

5. 金属中导电电子为材料的_____________。

6. 非晶态材料的特点是_____________无规律的原子组织结构。

(以下为第7题至第30题的空格省略)三、问答题(共30分)1. 简述固体物理学研究的基本内容和意义。

解答:固体物理学研究的基本内容主要包括固体材料的结构、性质和应用等方面。

它通过研究固体的微观结构和宏观性质,探索物质内部的相互作用和运动规律,从而深入了解固体物质的特性和行为。

固体物理学的研究对于提高材料的功能和性能具有重要意义。

通过深入研究固体的结构和性质,我们可以开发出更好的材料,改善材料的导电、导热、机械强度等性能,为社会发展和工业生产提供重要支持。

同时,固体物理学的研究还能够为其他领域的科学研究提供基础和支撑,如电子学、光学、磁学等。

高校物理专业固体物理学期末考试答案详解

高校物理专业固体物理学期末考试答案详解

高校物理专业固体物理学期末考试答案详解物理专业固体物理学期末考试答案详解题一:多晶体和单晶体的区别和联系是什么?答:多晶体和单晶体是固体物质的两种不同形态。

多晶体是由许多晶粒组成的,晶粒之间存在取向差异,呈现出无规则的排列和晶格结构。

而单晶体则具有完美的晶格结构,晶粒排列有序。

多晶体和单晶体在结构和性质上存在一些区别和联系。

首先,在结构上,多晶体由许多晶粒组成,晶粒之间存在取向差异,形成无规则的排列和晶格结构;而单晶体由一个晶粒组成,晶粒之间排列有序且具有完美的晶格结构。

同时,在性质上,多晶体的物理性质通常是各晶粒性质的平均值,具有各向同性;而单晶体的物理性质在晶格各个方向上存在明显差异,具有各向异性。

此外,多晶体与单晶体在制备和应用中也存在差异。

多晶体比较容易制备,其制备成本低,适用于大规模生产;而单晶体的制备比较困难,制备成本高,适用于对晶体结构和性质要求较高的领域,如光电子器件和半导体材料等。

总结起来,多晶体和单晶体在结构、性质以及应用方面存在明显的区别。

多晶体具有无规则排列的结构,各向同性的性质,适用于大规模生产;而单晶体具有有序排列的结构,各向异性的性质,适用于对晶体结构和性质要求较高的领域。

题二:介绍一下福克斯效应和拉曼散射现象。

答:福克斯效应(Focke effect)是固体物理中的一种重要现象,描述了光在晶体中传播时的色散性质。

当光波传播到晶体中时,由于晶体中原子的周期性排列,光波的传播速度因晶体的折射率而发生变化,导致光波的传播方向发生偏折的现象。

福克斯效应的具体表现是,在晶体的X射线或电子束射线入射时,会出现衍射条纹,这些衍射条纹的位置和形状与晶体的结构相关。

通过对这些衍射条纹进行分析和测量,可以确定晶体的晶格常数和晶体结构。

另一方面,拉曼散射现象(Raman scattering)是指光波在与物质相互作用时发生频率或波长的变化。

当光波与物质相互作用时,由于光与物质分子之间的相互作用,光波的能量会改变,从而引起光波的频率或波长发生变化。

固体物理期末试题及答案

固体物理期末试题及答案

固体物理期末试题及答案一、选择题(每题5分,共20分)1. 下列关于晶体的说法,错误的是:A. 晶体具有规则的几何外形B. 晶体内部原子排列是无序的C. 晶体具有各向异性D. 晶体具有固定的熔点答案:B2. 电子在金属中的自由运动是金属导电的主要原因,这种现象称为:A. 金属键B. 离子键C. 共价键D. 范德华力答案:A3. 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间,这是因为:A. 半导体材料中的电子不能自由移动B. 半导体材料中的电子在特定条件下才能自由移动C. 半导体材料中的电子数量少于导体D. 半导体材料中的电子数量多于绝缘体答案:B4. 根据泡利不相容原理,一个原子轨道中最多可以容纳的电子数是:A. 1个B. 2个C. 4个D. 8个答案:B二、填空题(每题5分,共20分)1. 晶体的三种基本类型是________、________和________。

答案:单晶体、多晶体、非晶体2. 根据能带理论,固体中的能带可以分为________和________。

答案:导带、价带3. 固体物理中,费米能级是指在绝对零度时,电子占据的最高能级,其对应的温度是________。

答案:0K4. 根据德布罗意波理论,物质粒子也具有波动性,电子的波长与其动量成________关系。

答案:反比三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述布拉格定律及其在晶体结构分析中的应用。

答案:布拉格定律是指当X射线或电子波以一定角度入射到晶体表面时,如果满足nλ=2d*sinθ的条件,其中n为整数,λ为波长,d为晶面间距,θ为入射角,那么会发生衍射现象。

这个定律在晶体结构分析中非常重要,因为它允许科学家通过测量衍射角来确定晶体的晶面间距和晶体结构。

2. 解释什么是超导现象,并简述其应用。

答案:超导现象是指某些材料在低于临界温度时,电阻突然降为零的现象。

这意味着在超导状态下,电流可以在材料内部无损耗地流动。

超导现象的应用非常广泛,包括但不限于磁悬浮列车、粒子加速器中的超导磁体、以及医疗成像设备如MRI。

固体物理期末考试题及答案

固体物理期末考试题及答案

固体物理期末考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 晶体中原子排列的周期性结构被称为:A. 晶格B. 晶胞C. 晶面D. 晶向答案:A2. 描述固体中电子行为的基本理论是:A. 经典力学B. 量子力学C. 相对论D. 电磁学答案:B3. 以下哪项不是固体物理中的晶体缺陷:A. 点缺陷B. 线缺陷C. 面缺陷D. 体缺陷答案:D4. 固体物理中,晶格振动的量子称为:A. 声子B. 光子C. 电子D. 空穴答案:A5. 以下哪个不是固体的电子能带结构:A. 价带B. 导带C. 禁带D. 散射带答案:D二、简答题(每题10分,共30分)6. 解释什么是晶格常数,并举例说明。

晶格常数是晶体中最小重复单元的尺寸,通常用来描述晶体的周期性结构。

例如,立方晶系的晶格常数a是指立方体的边长。

7. 简述能带理论的基本概念。

能带理论是量子力学在固体物理中的应用,它描述了固体中电子的能量分布。

在固体中,电子的能量不是连续的,而是分成一系列的能带。

价带是电子能量较低的区域,导带是电子能量较高的区域,而禁带是两带之间的能量区域,电子不能存在。

8. 什么是费米能级,它在固体物理中有什么意义?费米能级是固体中电子的最高占据能级,它与温度有关,但与电子的化学势相等。

在绝对零度时,费米能级位于导带的底部,它决定了固体的导电性质。

三、计算题(每题15分,共30分)9. 假设一个一维单原子链的原子质量为m,相邻原子之间的弹簧常数为k。

求该链的声子频率。

解:一维单原子链的声子频率可以通过下面的公式计算:\[ \omega = 2 \sqrt{\frac{k}{m}} \]10. 给定一个半导体的电子亲和能为Ea,工作温度为T,求该半导体在该温度下的费米-狄拉克分布函数。

解:费米-狄拉克分布函数定义为:\[ f(E) = \frac{1}{e^{\frac{E-E_F}{kT}} + 1} \] 其中,E是电子的能量,E_F是费米能级,k是玻尔兹曼常数,T 是温度。

固体物理总复习资料及答案

固体物理总复习资料及答案

固体物理总复习题一、填空题1.原胞是 的晶格重复单元。

对于布拉伐格子,原胞只包含 个原子。

2.在三维晶格中,对一定的波矢q ,有 支声学波, 支光学波。

3.电子在三维周期性晶格中波函数方程的解具有 形式,式中 在晶格平移下保持不变。

4.如果一些能量区域中,波动方程不存在具有布洛赫函数形式的解,这些能量区域称为 ;能带的表示有 、 、 三种图式。

5.按结构划分,晶体可分为 大晶系,共 布喇菲格子。

6.由完全相同的一种原子构成的格子,格子中只有一个原子,称为格子,由若干个布喇菲格子相套而成的格子,叫做 格子。

其原胞中有 以上的原子。

7.电子占据了一个能带中的所有的状态,称该能带为 ;没有任何电子占据的能带,称为 ;导带以下的第一满带,或者最上面的一个满带称为 ;最下面的一个空带称为 ;两个能带之间,不允许存在的能级宽度,称为 。

8.基本对称操作包括 , , 三种操作。

9.包含一个n 重转轴和n 个垂直的二重轴的点群叫 。

10.在晶体中,各原子都围绕其平衡位置做简谐振动,具有相同的位相和频率,是一种最简单的振动称为 。

11.具有晶格周期性势场中的电子,其波动方程为 。

12.在自由电子近似的模型中, 随位置变化小,当作 来处理。

13.晶体中的电子基本上围绕原子核运动,主要受到该原子场的作用,其他原子场的作用可当作 处理。

这是晶体中描述电子状态的模型。

14.固体可分为,,。

15.典型的晶格结构具有简立方结构,,,四种结构。

16.在自由电子模型中,由于周期势场的微扰,能量函数将在K= 处断开,能量的突变为。

17.在紧束缚近似中,由于微扰的作用,可以用原子轨道的线性组合来描述电子共有化运动的轨道称为,表达式为。

18.爱因斯坦模型建立的基础是认为所有的格波都以相同的振动,忽略了频率间的差别,没有考虑的色散关系。

19.固体物理学原胞原子都在,而结晶学原胞原子可以在顶点也可以在即存在于。

20.晶体的五种典型的结合形式是、、、、。

固体物理期末试卷

固体物理期末试卷

固体物理试题一、单项选择题1、一个二维简单正交晶格的第一布里渊区形状是(A)。

A、长方形B、正六边形C、圆D、圆球2、晶格常数为a的简立方晶格的(111)面间距为(B)。

A、1/√2aB、1⁄√3aC、1/√4aD、1/√5a3、对于一维双原子链晶格振动的频隙宽度,若最近邻原子之间的力常数β增大为4β,则晶格振动的频隙宽度变为原来的(A)。

A、2倍B、4倍C、16倍D、1倍4、晶格振动的能量量子称为( C )。

A. 极化子B。

激子C。

声子D。

光子5、一维自由电子的能态密度,与能量E的关系是正比于(A)。

A、E 12B、E0C、E−12D、E6、晶格常数为的面心立方晶格,原胞体积等于( D ) 。

A。

B. C. D.7、体心立方密集的致密度是(C)。

A。

0.76 B。

0。

74 C. 0。

68 D. 0.628、描述晶体宏观对称性的基本对称元素有( A ) 。

A。

8个B。

48个C。

230个 D.320个9、晶格常数为的一维双原子链,倒格子基矢的大小为( D ).A。

B. C。

D。

10、由N个原胞组成的简单晶体,不考虑能带交叠,则每个s能带可容纳的电子数为( C ).A. N/2B. NC. 2N D。

4N二、填空题1、由N个原胞组成的一维双原子链,q 可以取N个不同的值,每个q 对应2个解,因此总共有2N个不同的格波. 。

2、原胞中有p个原子。

那么在晶体中有3支声学波和3p−3支光学波3、按结构划分,晶体可分为7大晶系,共14布喇菲格子4、对于立方晶系,有简单立方、体心立方和面心立方三种布喇菲格子.5、原胞是最小的晶格重复单元。

对于布喇菲格子,原胞只包含1个原子.6、声子的角频率为ω,声子的能量和动量表示为ℏω和ℏq7、光学波声子又可以分为纵光学波声子和横光学波声子,它们分别被称为极化声子和电磁声子8、由N个原胞构成的晶体,原胞中有l个原子,晶体共有3lN个独立振动的正则频率。

9、在长波极限下,光学波原子振动的特点是质心不动,相邻原子振动方向相反,声学波原子振动的特点是相邻原子振动方向相同,反映质心运动10、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;在凝结过程中不经过结晶(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.由晶粒组成的固体,称为多晶。

高校物理专业固体物理期末试卷及答案

高校物理专业固体物理期末试卷及答案

高校物理专业固体物理期末试卷及答案一、选择题(每题5分,共30分)1. 以下哪个不是固体物理的研究对象?A. 电荷的导体中的传播B. 物质的晶体结构C. 电子的运动D. 液体的流动性质答案:D2. 在固体物理中,布拉格方程是用来描述什么现象的?A. 光的干涉现象B. 电子的散射现象C. 磁场的分布现象D. 热传导现象答案:A3. 阻塞模型是固体物理中用来解释材料导电性的模型,它主要考虑了以下哪些因素?A. 电子的散射和杨氏模量B. 电子的散射和晶格缺陷C. 杨氏模量和晶体结构D. 晶格缺陷和电子的能带结构答案:B4. 下列哪个参数不是用来描述固体物理中晶格振动的特性?A. 固体的杨氏模量B. 固体的居里温度C. 固体的声速D. 固体的谐振子频率答案:A5. 铁磁体和反铁磁体的主要区别在于它们的:A. 热传导性质B. 磁化曲线形状C. 磁化方向D. 磁化温度答案:C6. 固体物理中的光栅是一种重要的实验工具,它主要用来:A. 进行晶体的结构分析B. 测定材料的电导率C. 测量固体的磁性D. 研究固体的光学性质答案:D二、填空题(每题10分,共40分)1. 固体物理中用于描述材料导电性的基本参量是电阻率和______。

答案:电导率2. 布拉格方程为d*sin(θ) = n*λ中,d表示晶格的______。

答案:间距3. 固体物理中描述材料磁性的基本参量是磁矩和______。

答案:磁化强度4. 固体物理研究中,振动频率最低的模式被称为______模式。

答案:基态5. 根据阻塞模型,材料的电导率与温度的关系满足______定律。

答案:维恩三、简答题(每题20分,共40分)1. 什么是固体物理学中的费米面?它对材料的性质有什么影响?答案:费米面是能带理论中的一个重要概念,表示能量等于费米能级的电子所占据的状态的集合,它将占据态与未占据态分界开来。

费米面对材料的性质有很大影响,如电导率、热导率等。

带有较高电子密度的材料,其费米面形状趋于球形;而低电子密度材料,费米面呈现出不规则的形状。

固体物理经典复习题及答案

固体物理经典复习题及答案

固体物理经典复习题及答案⼀、简答题1.理想晶体答:内在结构完全规则的固体是理想晶体,它是由全同的结构单元在空间⽆限重复排列⽽构成的。

2.晶体的解理性答:晶体常具有沿某些确定⽅位的晶⾯劈裂的性质,这称为晶体的解理性。

3.配位数答: 晶体中和某⼀粒⼦最近邻的原⼦数。

4.致密度答:晶胞内原⼦所占的体积和晶胞体积之⽐。

5.空间点阵(布喇菲点阵)答:空间点阵(布喇菲点阵):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重复排列,这些点⼦的总体称为空间点阵(布喇菲点阵),即平移⽮量123d 、d 、h h h d 中123,,n n n 取整数时所对应的点的排列。

空间点阵是晶体结构周期性的数学抽象。

6.基元答:组成晶体的最⼩基本单元,它可以由⼏个原⼦(离⼦)组成,整个晶体可以看成是基元的周期性重复排列⽽构成。

7.格点(结点)答: 空间点阵中的点⼦代表着结构中相同的位置,称为结点。

8.固体物理学原胞答:固体物理学原胞是晶格中的最⼩重复单元,它反映了晶格的周期性。

取⼀结点为顶点,由此点向最近邻的三个结点作三个不共⾯的⽮量,以此三个⽮量为边作的平⾏六⾯体即固体物理学原胞。

固体物理学原胞的结点都处在顶⾓位置上,原胞内部及⾯上都没有结点,每个固体物理学原胞平均含有⼀个结点。

9.结晶学原胞答:使三个基⽮的⽅向尽可能的沿空间对称轴的⽅向,以这样三个基⽮为边作的平⾏六⾯体称为结晶学原胞,结晶学原胞反映了晶体的对称性,它的体积是固体物理学原胞体积的整数倍,V=n Ω,其中n 是结晶学原胞所包含的结点数, Ω是固体物理学原胞的体积。

10.布喇菲原胞答:使三个基⽮的⽅向尽可能的沿空间对称轴的⽅向,以这样三个基⽮为边作的平⾏六⾯体称为布喇菲原胞,结晶学原胞反映了晶体的对称性,它的体积是固体物理学原胞体积的整数倍,V=n Ω,其中n 是结晶学原胞所包含的结点数, Ω是固体物理学原胞的体积11.维格纳-赛兹原胞(W-S 原胞)答:以某⼀阵点为原点,原点与其它阵点连线的中垂⾯(或中垂线) 将空间划分成各个区域。

华师固体物理期末试卷及答案解析

华师固体物理期末试卷及答案解析

(1) X射线衍射
高能电子打击“靶”能产生X射线,X射线的最短波长限
m in
ch eV
12000 V
(9)
V 以伏为单位,波长以埃为单位
x极小
V =10000伏, min 1埃
Bremsstrahlung 辐射
电子与靶中的弱束缚电子相互作用,被减慢、发射一 个连续X光谱,称 Bremsstrahlung辐射。
(r Rl ) (K h ) exp[ iKh • (r Rl )]
(4)
h
将(3)和(4)代入(2),可得到
exp i(Kh • Rl ) 1
(5)
即 K h • Rl 2 (μ为整数)
(6)
比较(1) 和(6) ,我们知道Rl是正格矢, Kh=h1b1+h2b2+h3b3 是倒格矢。
倒格矢Kh的长度正比子晶面族(h1h2h3)面间距的到数
ABC面就是晶面族(h1h2h3) 中最靠近原点的晶面
d h1h2h3
a1 h1

Kh Kh
a1 • (h1b1 h2b2 h3b3 ) h1 Kh
2
Kh
(8)
1.9 晶体衍射
晶格的周期特征,因此晶格可以作为波的衍射光栅。 晶体中原子间距的数量级是10-10米,因此波的波长应该 在10-10米量级。
(3)式表示同一物理量在正格子中的表述(r)和在倒格中 的表述 (Kh) 之间遵守傅里叶变换关系。
倒格子与正格子间的三个重要关系
正格子原胞体积和倒格子原胞体* 互为倒数
*
b1
• [b2
b3 ]
(2 )3
3
[a2
a3 ] •[a3
a1 ] [a1

固体物理期末复习题目与答案

固体物理期末复习题目与答案

.. .. . .第一章 晶体结构1、把等体积的硬球堆成下列结构,求球可能占据的最大体积和总体积之比。

(1)简立方 (2)体心立方 (3)面心立方(4)金刚石 解:(1)、简立方,晶胞含有一个原子n=1,原子球半径为R ,立方晶格的顶点原子球相切,立方边长a=2R,体积为()32R ,所以 ()33344330.5262n R R K V R πππ⋅==== (2)、体心立方晶胞含有2个原子n=2,原子球半径为R ,晶胞边长为a ,立方晶格的体对角线原子球相切,体对角线长为4个原子半径,所以3a R =3334423330.6843n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭(3)、面心立方晶胞含有4个原子n=4,晶胞的面对角线原子球相切,面对角线长度为4个原子半径,立方体边长为a,所以2a R =3334442330.7442n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭(4)、金刚石在单位晶格中含有8个原子,碳原子最近邻长度2R 为体对角线14长,体对角线为83R a = 3334483330.3483n R R K V R πππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭2、证明面心立方和体心立方互为倒格子。

09级微电子学专业《固体物理》期末考复习题目至诚 学院 信息工程 系 微电子学 专业 姓名: 陈长彬 学号: 2109918033、证明:倒格子原胞体积为()3*2cvvπ=,其中v c为正格子原胞的体积。

4、证明正格子晶面 与倒格矢 正交。

5能写出任一晶列的密勒指数,也能反过来根据密勒指数画出晶列;能写出任一晶面的晶面指数,也能反过来根据晶面指数画出晶面。

见课件例题 以下作参考: 15.如图1.36所示,试求:(1) 晶列ED ,FD 和OF 的晶列指数;(2) 晶面AGK ,FGIH 和MNLK 的密勒指数; (3) 画出晶面(120),(131)。

密勒指数:以晶胞基矢定义的互质整数( )。

2022固体物理复习题及答案

2022固体物理复习题及答案

2022固体物理复习题及答案固体物理卷(A)第一部分:名词解释(每小题5分,共40分)1.原胞:在完整晶体中,晶格在空间的三个方向上都具有一定的周期对称性,这样可以取一个以结点为顶点,边长等于这三个方向上的周期的平行六面体作为最小的重复单元,来概括晶格的特征,这样的重复单元称为初基原胞或简称原胞。

2.晶面指数:一个晶面得取向可以由这个晶面上的任意三个不共线的点确定,如果这三个点处在不同的晶轴上,则通过有晶格常量a1,a2,a3表示这些点的坐标就能标定它们所决定的晶面,它们具有相同比率的最小整数称为晶面指数3.布拉格定律:假设入射波从晶体中的平行原子平面作镜面反射,每个平面反射很少一部分辐射,就像一个轻微镀银的镜子一样。

在这种类似镜子的镜面反射中,其反射角等于入射角。

当来自平行原子平面的反射发生相长干涉时,就得出衍射束。

考虑间距为d的平行晶面,入射辐射线位于纸面平面内。

相邻平行晶面反射的射线行程差是2din某,式中从镜面开始量度。

当行程差是波长的整数倍时,来自相继平面的辐射就发生了相长干涉。

这就是布拉格定律。

布拉格定律用公式表达为:2din某=n某λ(d为平行原子平面的间距,λ为入射波波长,某为入射光与晶面之夹角),布拉格定律的成立条件是波长小于等于2d。

布拉格定律是晶格周期性的直接结果。

4.简述三维空间的晶系种类及其所包括的晶格类型三斜1,单斜2,正交4,四角2,立方3,三角1,六角1。

5.布里渊区:在固体物理学中,第一布里渊区是动量空间中晶体倒易点阵的原胞。

固体的能带理论中,各种电子态按照它们波矢的分类。

在波矢空间中取某一倒易阵点为原点,作所有倒易点阵矢量的垂直平分面,这些面波矢空间划分为一系列的区域:其中最靠近原点的一组面所围的闭合区称为第一布里渊区;各布里渊区体积相等,都等于倒易点阵的元胞体积。

周期结构中的一切波在布里渊区界面上产生布喇格反射,对于电子德布罗意波,这一反射可能使电子能量在布里渊区界面上(即倒易点阵矢量的中垂面)产生不连续变化。

固体物理期末考试.

固体物理期末考试.

一、概念、简答1.晶体,非晶体,准晶体;(p1,p41,p48)答:理想晶体中原子排列十分规则,主要体现是原子排列具有周期性,或称为长程有序,而非晶体则不具有长程的周期性.,因此不具有长程序,但非晶态材料中原子的排列也不是杂乱无章的,仍保留有原子排列的短程序.准晶态:具有长程序的取向序而没有长程序的平移对称序;取向序具有晶体周期性所不能容许的点群对称性,沿取向序对称轴的方向具有准周期性,有两个或两个以上的不可公度特征长度按着特定的序列方式排列. 2. 布拉菲格子; (p11)答:布拉菲格子是一种数学上的抽象,是点在空间中周期性的规则排列,实际晶格可以看成在空间格子的每个格点上放有一组原子,它们相对位移为r,这个空间格子表征了晶格的周期性叫布拉菲格子.3.原胞 ,晶胞; (p11)答:晶格的最小周期性单元叫原胞.晶胞:为了反映晶格的对称性,选取了较大的周期单元,我们称晶体学中选取的单元为单胞. 4.倒格子,倒格子基矢;(p16)5. 独立对称操作:m 、i 、1、2、3、4、6、6.七个晶系、十四种布拉伐格子;(p35) 答:47.第一布里渊区:倒格子原胞答:在倒格子中取某一倒格点为原点,做所有倒格矢G 的垂直平分面,这些平面将倒格子空间分成许多包围原点的多面体,其中与原点最近的多面体称为第一布里渊区。

8.基矢为 的晶体为何种结构;若 又为何种结构?解:计算晶体原胞体积: 由原胞推断,晶体结构属体心立方结构。

若 则由原胞推断,该晶体结构仍属体心立方结构。

9.固体结合的基本形式及基本特点。

(p49p55、57p67p69答:离子型结合以离子而不是以原子为结合的单位,共价结合是靠两个原子各贡献一个电子,形成所谓的共价键,具有饱和性和方向性。

金属性结合的基本特点是电子的共有化,在晶体内部一方面是由共有化电子形成的负电子云,另一方面是侵在这个负电子云中的带正点的各原子实。

范德瓦尔斯结合往往产生于原来有稳固电子结构的原子或分子间,是一种瞬时的电偶极矩的感应作用。

固体物理复习题答案完整版

固体物理复习题答案完整版

一·简答题1.晶格常数为a 的体心立方、面心立方结构,分别表示出它们的基矢、原胞体积以及最近邻的格点数。

(答案参考教材P7-8)(1)体心立方基矢:123()2()2()2ai j k a i j k ai j k ααα=+-=-++=-+,体积:312a ,最近邻格点数:8(2)面心立方基矢:123()2()2()2a i j a j k ak i ααα=+=+=+,体积:314a ,最近邻格点数:122.习题1.5、证明倒格子矢量112233G h b h b h b =++垂直于密勒指数为123()h h h 的晶面系。

证明:因为33121323,a aa a CA CB h h h h =-=-,112233G h b h b h b =++ 利用2i j ij a b πδ⋅=,容易证明12312300h h h h h h G CA G CB ⋅=⋅=所以,倒格子矢量112233G h b h b h b =++垂直于密勒指数为123()h h h 的晶面系。

3.习题1.6、对于简单立方晶格,证明密勒指数为(,,)h k l 的晶面系,面间距d 满足:22222()d a h k l =++,其中a 为立方边长;解:简单立方晶格:123a a a ⊥⊥,123,,a ai a aj a ak ===由倒格子基矢的定义:2311232a a b a a a π⨯=⋅⨯,3121232a a b a a a π⨯=⋅⨯,1231232a a b a a a π⨯=⋅⨯倒格子基矢:123222,,b i b j b k a a aπππ=== 倒格子矢量:123G hb kb lb =++,222G hi k j l k a a aπππ=++ 晶面族()hkl 的面间距:2d Gπ=2221()()()h k l a a a=++4.习题1.9、画出立方晶格(111)面、(100)面、(110)面,并指出(111)面与(100)面、(111)面与(110)面的交线的晶向。

固体物理期末试卷及参考解答208-b (2)

固体物理期末试卷及参考解答208-b (2)

课程编号: 课程名称: 固体物理试卷类型:卷 考试形式:开 考试时间: 120 分钟 一、简答题(本大题共10小题,每小题5分,共50分)1.什么是晶面指数?什么是方向指数?它们有何联系?2.请写出布拉格衍射条件,并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。

3. 为什么组成晶体的粒子(分子、原子或离子)间的相互作用力除吸引力还要有排斥力?排斥力的来源是什么?4.写出马德隆常数的定义,并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常数。

5.什么叫声子?长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别?6.温度降到很低时。

爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大,但此时,德拜模型却与实验结果符合的较好。

试解释其原因。

7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么?费米能与那些因素有关?8.什么是弱周期场近似?按照弱周期场近似,禁带产生的原因是什么?9. 什么是本征载流子?什么是杂质导电?10.什么是紧束缚近似?按照紧束缚近似,禁带是如何产生的?二、计算题(本大题共5小题,每小题10分,共50分)1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体,电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移,证明在这一位移下系统是稳定的,并给出这一小振动问题的特征频率。

2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示,证明:对于面心立方格子,i n 的和为偶数。

3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小,有效质量m m 1.0=*,当导带电子具有k T 300=的平均速度时,计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。

4. 对于原子间距为a ,由N 个原子组成的一维单原子链,在德拜近似下, (1)计算晶格振动频谱;(2)证明低温极限下,比热正比于温度T 。

5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构, (1)画出前三个布里渊区;(2)求出每原子有一个自由电子时的费米波矢; (3)给出第一布里渊区内接圆的半径;(4)求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数;(5)平均每原子有两个自由电子时,在简约布里渊区中画出费米圆的图形。

固体物理期末复习题目及答案

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3、从能带论的角度解释导体,半导体和绝缘体的导电能力存在差别的原因。
答:(l)导体、半导体和绝缘体的能带图如下图所示。(3分)其中导体中存在不满带,半导体和绝缘体都只存在满带而不存在不满带,而不满带会导电,满带则不会导电,所以导体导电性好,而半导体和绝缘体则不容易导电。(3分)
(2)半导体中虽然只存在满带而不存在不满带,但由于其禁宽度比较小,所以在热激活下,满带顶的电子会被激活到空带上,使原来的空带变成不满带,原来的满带也变成不满带,所以半导体在热激活下也可.以导电。(2分、
5能写出任一晶列的密勒指数,也能反过来根据密勒指数画出晶列;能写出任一晶面的晶面指数,也能反过来根据晶面指数画出晶面。
见课件例题 以下作参考:
15.如图1.36所示,试求:
(1)晶列 , 和 的晶列指数;
(2)晶面 , 和 的密勒指数;
(3) 画出晶面(120),(131)。
密勒指数:以晶胞基矢定义的互质整数( )。 [截a,b,c.]
答:(1)波矢空间与倒格空间处于同一空间,倒格空间的基矢分别为b1,b2,b3,而波矢空间的基矢分别为b1/N1,b2/N2,b3/N3,其中N1,N2,N3分别是沿正格子基矢方向晶体的原胞数目。
(2)倒格空间中一个倒格点对应的体积为 ,
波矢空间中一个波矢点对应的体积为 即 ,
即波矢空间中一个波矢点对应的体积,是倒格空间中一个倒格点对应的体积的1/N。由于N是晶体的原胞数目, 数目巨大, 所以一个波矢点对应的体积与一个倒格点对应的体积相比是极其微小的. 也就是说, 波矢点作求和处理时, 可把波矢空间的状态点看成是准连续的.
3、计算由正负离子相间排列的一维离子链的马德隆常数。
4、氢原子电离能为13.6eV。(1)求PE和KE(2)电子的轨道半径(3)电子的运动速率(4)电子绕原子转动的频率

固体物理复习习题及答案

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第一章 金属自由电子气体模型习题及答案1. 你是如何理解绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近这一点的?[解答] 自由电子论只考虑电子的动能。

在绝对零度时,金属中的自由(价)电子,分布在费米能级及其以下的能级上,即分布在一个费米球内。

在常温下,费米球内部离费米面远的状态全被电子占据,这些电子从格波获取的能量不足以使其跃迁到费米面附近或以外的空状态上,能够发生能态跃迁的仅是费米面附近的少数电子,而绝大多数电子的能态不会改变。

也就是说,常温下电子的平均动能与绝对零度时的平均动能十分相近。

2. 晶体膨胀时,费米能级如何变化?[解答] 费米能级3/222)3(2πn mE o F= , 其中n 单位体积内的价电子数目。

晶体膨胀时,体积变大,电子数目不变,n 变小,费密能级降低。

3. 为什么温度升高,费米能反而降低?[解答] 当K T 0≠时,有一半量子态被电子所占据的能级即是费米能级。

除了晶体膨胀引起费米能级降低外,温度升高,费米面附近的电子从格波获取的能量就越大,跃迁到费米面以外的电子就越多,原来有一半量子态被电子所占据的能级上的电子就少于一半,有一半量子态被电子所占据的能级必定降低,也就是说,温度生高,费米能反而降低。

4. 为什么价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大?[解答] 由于绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近,我们讨论绝对零度时电子的平均动能与电子的浓度的关系。

价电子的浓度越大,价电子的平均动能就越大,这是金属中的价电子遵从费米—狄拉克统计分布的必然结果。

在绝对零度时,电子不可能都处于最低能级上,而是在费米球中均匀分布。

由式3/120)3(πn k F =可知,价电子的浓度越大费米球的半径就越大,高能量的电子就越多,价电子的平均动能就越大。

这一点从3/2220)3(2πn mE F=和3/222)3(10353πn m E E o F ==式看得更清楚。

电子的平均动能E 正比于费米能o F E ,而费米能又正比于电子浓度32l n。

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文档第一章晶体结构1、把等体积的硬球堆成下列结构,求球可能占据的最大体积和总体积之比。

(1)简立方(2)体心立方(3)面心立方(4)金刚石解:(1)、简立方,晶胞含有一个原子n=1,原子球半径为R,立方晶格的顶点原子球相切,立方边长a=2R,体积为()32R,所以()33344330.5262n R RKV Rπππ⋅====(2)、体心立方晶胞含有2个原子n=2,原子球半径为R,晶胞边长为a,立方晶格的体对角线原子球相切,体对角线长为4个原子半径,所以3a R=3334423330.6843n R RKVRπππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭(3)、面心立方晶胞含有4个原子n=4,晶胞的面对角线原子球相切,面对角线长度为4个原子半径,立方体边长为a,所以2a R=3334442330.7442n R RKVRπππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭(4)、金刚石在单位晶格中含有8个原子,碳原子最近邻长度2R为体对角线14长,体对角线为83R a=3334483330.3483n R RKVRπππ⋅⨯====⎛⎫⎪⎝⎭2、证明面心立方和体心立方互为倒格子。

09级微电子学专业《固体物理》期末考复习题目至诚学院信息工程系微电子学专业姓名:陈长彬学号:2109918033、证明:倒格子原胞体积为()3*2cvvπ=,其中v c为正格子原胞的体积。

4、证明正格子晶面 与倒格矢正交。

5能写出任一晶列的密勒指数,也能反过来根据密勒指数画出晶列;能写出任一晶面的晶面指数,也能反过来根据晶面指数画出晶面。

见课件例题 以下作参考: 15.如图1.36所示,试求:(1) 晶列ED ,FD 和OF 的晶列指数;(2) 晶面AGK ,FGIH 和MNLK 的密勒指数; (3) 画出晶面(120),(131)。

密勒指数:以晶胞基矢定义的互质整数( )。

[截a,b,c.] 晶面指数:以原胞基矢定义的互质整数( )。

[截a1, a2, a3.]注意: a) 互质整数所定义的晶面不一定代表最近原点的晶面; b) 所有等价的晶面(001)以{001}表示;c) 晶面不一定垂直于晶向(其中li=hi);仅对具有立方对称性的晶体, 才垂直于晶向;d) 对理想布喇菲格子,晶面的两面是等价的,故有=,但对复式格子的实际晶体,这是不成立的。

如AsGa 的(111速度,生长速度等就不一样。

a2xyzAB DCGFEO I HyxAa2KOGLNM z图1.36解:(1ED FD 的晶列指数为[110],晶列OF 的晶列指数为[011]。

(2)根据晶面密勒指数的定义晶面AGK 在x ,y 和z 三个坐标轴上的截距依次为1,-1和1,则其倒数之比为1:1:111:11:11=-,故该晶面的密勒指数为(111)。

()321h h h 332211b h b h b h K h ++=晶面FGIH 在x ,y 和z 三个坐标轴上的截距依次为1/2,∞和1,则其倒数之比为1:0:211:1:2/11=∞,故该晶面的密勒指数为(201)。

晶面MNLK 在x ,y 和z 三个坐标轴上的截距依次为1/2,-1和∞,则其倒数之比为0:1:21:11:2/11=∞-210(3)晶面(120),(131)分别如下图中晶面AMLk 和晶面ABC 所示:b 3xyzA BCOyxAb2KOLMz第二章 晶体的结合1、按照结合形式的不同,晶体可分为哪几种类型,这些类型各自有什么特点? 答:晶体可分为金属晶体,共价晶体,离子晶体,分子晶体,氢键晶体。

金属晶体的特点:在结构上金属离子实得电子云分布基本上是球对称的,符合球密堆原则。

从能量角度看,金属键要求正离子实尽可能紧密地排列。

良好的导电性和导热性,较好的延展性,硬度大,熔点高。

共价晶体的特点:共价晶体不能弯曲,没有明显的弹性和性,具有相当高的强度和硬度,具有很高的熔点,导电和导热性比较差。

离子晶体的特点:具有相当高的强度和硬度,具有很高的熔点,导电和导热性比较差。

分子晶体的特点:透明的绝缘体,熔点很低。

氢键晶体的特点:熔点低,硬度差2、为什么说所有的晶体的结合类型都与库仑力有关?答:共价结合中, 电子虽然不能脱离电负性大的原子, 但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子, 形成电子共享的形式, 即这一对电子的主要活动围处于两个原子之间, 通过库仑力, 把两个原子连接起来. 离子晶体中, 正离子与负离子的吸引力就是库仑力. 金属结合中, 原子实依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着. 分子结合中, 是电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体. 电偶极矩的作用力实际就是库仑力. 氢键结合中, 氢先与电负性大的原子形成共价结合后, 氢核与负电中心不在重合, 迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合. 可见, 所有晶体结合类型都与库仑力有关 3、计算由正负离子相间排列的一维离子链的马德隆常数。

设相邻离子半径为R ,4、氢原子电离能为13.6eV。

(1)求PE和KE(2)电子的轨道半径(3)电子的运动速率(4)电子绕原子转动的频率5、为什么许多金属为密积结构?答:金属结合中, 受到最小能量原理的约束, 要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的低(绝对值尽可能的大). 原子实越紧凑, 原子实与共有电子电子云靠得就越紧密, 库仑能就越低. 所以, 许多金属的结构为密积结构.6、画出原子的相互作用势能u和原子相互作用力f与原子间距r的关系,并标明平衡间距r0和最大引力r m 的位置,写出能与相互作用力的关系式。

答:原子的相互作用势能u和原子相互作用力f与原子间距r的关系如下图2.4所示能与相互作用力的关系:()duf rdr=7、若一晶体两个离子之间的相互作用能可以表示为()m nu rr rαβ=-+计算:1)平衡间距r2)结合能W(单个原子的)3)体弹性模量4)若取02,10,0.3,4m n r nm W eV====,计算,αβ的值(4)解: 1) 平衡间距0r 的计算 晶体能()()2m n N U r r r αβ=-+平衡条件00r r dU dr==即11000m n m n r r αβ++-+= 所以10n mn r m βα-⎛⎫=⎪⎝⎭2)单个原子的结合能()()000101()2112mnr r m n mn mW u r u r r r n m n r W m n m αβββααα=---=-=-+⎛⎫⎛⎫⎛⎫==- ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭3)体弹性模量202V U K V V ⎛⎫∂=⋅ ⎪∂⎝⎭晶体的体积3V NAr =——A 为常数,N 为原胞数目 晶体能()()2m n N U r r rαβ=-+ 21122112112323m n m n U U r N m n U N r m n V r V r r NAr V V r r r NAr αβαβ++++⎡⎤⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂∂∂==-=-⎢⎥ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎣⎦体弹性模量 0202V U K V V ⎛⎫∂=⋅ ⎪∂⎝⎭ 02222200000129m n m n V V U N m n m n V V r r r r αβαβ=⎛⎫∂=-+-+ ⎪∂⎝⎭由平衡条件1120001023m n V V U N m n Vr r NAr αβ++=⎛⎫∂=-= ⎪∂⎝⎭ 02222200000129m n m n V V m n UN m n r r V V r r αβαβ=⎛⎫∂==-+ ⎪∂⎝⎭体弹性模量()002200222099V V V U U mnK V U V V V mn K U V =⎛⎫∂∂=⋅=- ⎪∂∂⎝⎭=4)若取02,10,0.3,4m n r nm W eV ====, 计算 ,αβ的值10102001009510192112221.2107.510mn mn mn m n r W m n m W r r W r eV m eV m ββαααββαβα-----⎛⎫⎛⎫⎛⎫==- ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫==+ ⎪⎝⎭=⨯⋅=⨯⋅第三章 晶格振动和晶体的热学性质1、长光学支格波与长声学支格波本质上有何差别?答:长光学支格波的特征是每个原胞的不同原子做相对振动,振动频率较高,它包含了晶格振动频率最高的振动模式,长声学支格波的特征是原胞的不同原子没有相对位移,原胞做整体运动,振动频率较低,它包含了晶格振动频率最低的振动模式,波速是一常数,任何晶体都存在声学支格波,但简单晶格(非复式格子)晶体不存在声学支格波。

2、画出一维单原子链和一维双原子链的色散曲线,并在图中标出角频率的极值和它对应的波矢。

第四章 晶体缺陷1、铜和硅的空位形成能Eu 分别是0.3eV 和2.8eV 。

试求T=1000K 时,铜和硅的空位浓度。

解:由公式 B Euk T ne N-= 可得,对于铜的空位浓度:50.310008.6100.03n e N --⨯⨯== 对于硅的空位浓度:502.81510008.6107.24710n e N---⨯⨯==⨯2、随着温度的变化,弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷所占比例如何变化?为什么?2mβω=2()m M mMβω+2Mβ2mβ答:肖特基缺陷所占比例会不断变大!一个要形成一个空穴,一个要形成一个空穴加一个间隙原子。

两个对比一下,肖特基缺陷只须克服形成空穴所需的能量,而弗兰 克尔缺陷还需要进一步形成间隙原子所需的能量。

第五章 金属电子论1、简要描述一下特鲁德模型和索末菲模型,并比较两者之间的区别。

特鲁德模型,即经典的自由电子气模型,是建立在金属电子气体假设基础上的,认为金属电子气体类似于理想气体,利用经典的分子运动学理论处理问题。

索末菲模型是建立在量子理论与费米统计规律的基础上的。

索末菲对金属结构的描述:平均势场中运动的单电子问题。

即忽略电子和离子实之间的相互作用以及电子与电子之间的相互作用,忽略晶格周期场的影响,只考虑一个电子在晶格平均场和其它电子的的平均场中的运动。

将一个复杂的强关联的多体问题,转化为在平均势场中运动的单电子问题。

索末菲模型与特鲁德模型的区别:在特鲁德模型中,认为金属电子气体类似于理想气体,是玻色子(如原子,离子等),遵循玻尔兹曼统计规律。

在索末菲模型中,引入了泡利不相容原理,认为金属电子气体是费米子(如电子、质子、中子等),遵循费米统计规律。

2、画出量子数1~4的一维无限深势阱的电子波函数和电子概率图。

并附上电子波函数公式。

3、设N 个电子组成简并电子气,体积为V ,证明T=0 K 时,每个电子的平均能量035F U E = 解:当T=0K 时,此时电子气体处于基态。

电子的费米分布函数为:1,lim ()0,FT FE E f E E E →≤⎧⎨>⎩ 此时:数值估计:绝对零度时电子的平均动能为:则绝对零度时电子的平均动能为:135222002()5F FE Ekin FEdN C C CE E E dE E dE EN N N N==⋅==⎰⎰⎰代入3022()3FN C E=500230223()552()3kin F FFCE E EC E=⋅⋅=4、已知金属钠在常温常压下的质量密度30.97mg cmρ=,原子量为23,价电子数为1,试推算出此温度下金属钠的费米能量、费米温度、费米波矢和费米速度。

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