固体物理学ppt课件

晶体解理性在某些加工工艺中具有重要的意义， 例如，在划分晶体管管芯时，利用半导体晶体的解 理性可使管芯具有平整的边缘和防止无规则的断裂 发生，以保证成品率。
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3.晶面角守恒定律
发育良好的单晶体，外形上最显著的特征是晶面 有规则地配置。一个理想完整的晶体，相应的晶面 具有相同的面积。晶体外形上的这种规则性，是晶 体内部分子或原子之间有序排列的反映。
(c) 立方和八面混合体
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2.解理(Cleavage)
晶体具有沿某一个或数个晶面发生劈裂的特征， 这种特征称为晶体的解理。解理的晶面，称为解理 面。
解理面通常是那些面与面之间原子结合比较脆弱 的晶面。
有些晶体的解理性比较明显，例如，NaCl晶体等， 它们的解理面常显现为晶体外观的表面。
有些晶体的解理性不明显，例如，金属晶体等。
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长程有序是所有晶体材料都具有的共同特征，这 一特性导致晶体在熔化过程中具有一定的熔点。
晶体分为单晶体和多晶体。
* 单晶体( Single Crystal )
单晶体是个凸多面体，围成这个凸多面体的面是 光滑的，称为晶面。
在单晶体内部，原子都是规则地排列的。
* 多晶体( Multiple Crystal )
描述晶体结构的空间点阵，可以通过点子的平移 而得到。
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2.空间点阵学说
布喇菲空间点阵学说能够准确地反映晶体结构的 周期性，它可以概括为以下几个要点。
* 基元（Basis）
通过在空间无限重复而能构成一种理想晶体结构 的原子群，称为基元。
基元就是构成晶体的基本单元，它可能只包含一 个原子，如许多金属晶体的基元；也可能包含多个 原子，如蛋白质晶体的基元。
晶体的晶面往往排列成带状，晶面间的交线（称 为晶棱）互相平行，这些晶面的组合称为晶带，晶 棱的共同方向称为该晶带的带轴。晶体的物理性质 沿不同带轴方向具有差异，呈现出各向异性。
物理性质这种差异来源于晶体结构的各向异性， 例如，晶体的解理在有些晶轴上明显，而在其它晶 轴方向不明显；又如，某些晶体的电阻值在一个特 定晶轴方向上显著地高于其它晶轴方向；再如，一 些晶体的折射率在不同晶向数值不同等。
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(a)理想石英晶体（b）人造石英晶体
属于同一品种的晶体，两个对应晶面之间的夹角 恒定不变，这一规律称为晶面角守恒定律。
显然，晶面之间的相对方位是晶体的特征因素， 因而常用晶面法线的取向来表征晶面的方位，而以 法线间夹角来表征晶面间的夹角（两个晶面法线间 的夹角是这两个晶面夹角的补角）。
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二、晶体的基本性质 1.周期性( Periodicity )
晶格振动是晶体的特性之一。
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§1.2 晶体的周期性
一、空间点阵学说 1.空间点阵
为了描述晶体结构的周期性，布拉菲在1848年提 出空间点阵学说，从而奠定了晶体结构几何理论的 基础。
按照空间点阵学说，晶体内部结构是由一些相同 的点子在空间规则地作周期性无限分布所构成的系 统，这些点子的总体称为点阵。
晶体中原子的规则排列可以看作是由一个基本结 构单元在空间重复堆砌而成，晶体结构的这一性质 称为周期性。
2.对称性( Symmetry )
晶体的外形、结构及性质在不同方向和位置有规 律地重复出现，这种现象称为晶py )
晶体的物理性质，常随方向不同而有量的差异。 晶体所具有的这种性质，称为各向异性。
尽管由于生长条件的不同，会使同一晶体外型产 生一定的差异。但是对同一种晶体，相应两个晶面 之间的夹角却总是恒定的。即：每一种晶体不论其 外形如何，总具有一套特征性的夹角。
例如，对于石英晶体，在下图中所示的 mm 两面 间的夹角总是60º0' , mR 两面间的夹角总是38º13' , mr 两面间的夹角总是38º13' 。
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4.最小内能性
由同一种化学成分构成的物质，在不同的条件下 可以呈现不同的物相，其相应的结合能或系统的内 能也必不相同。
但是，在相同的热力学条件下，在具有相同化学 成分物质的各种物态——气体、液体、非晶体、晶 体中，以晶体的内能最小，这个结论称为晶体的最 小内能性。
对于固体物质，由于晶体内能比非晶体内能小， 所以非晶体具有自发地向晶体转变的趋势；反之， 晶体不可能自发地转变为其它的物态形式。
即，晶体是一种稳定的物态形式。
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5.晶格振动( Lattice Vibration )
晶体中的原子总是围绕其平衡位置作振动，且相 互联系。晶体中原子的这种集体振动，称为晶格振 动。
晶格振动不仅对晶体的热学性质有直接的重要影 响，而且对晶体的其它一些物理性质，例如光学性 质、电学性质、超导电性、结构相变等起到重要影 响，甚至决定性的作用。
由许多小单晶(晶粒)构成的晶体，称为多晶体。 多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内 的原子排列是不同的。
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晶面的大小和形状受晶体生长条件的影响，它们 不是晶体品种的特征因素。
例如，岩盐（氯化钠）晶体的外形可以是立方体 或八面体，也可能是立方和八面的混合体，如图所 示。
（a）立方体 （b）八面体
基元在晶体中的位置，可以用基元中的任一点代 表，此代表点称为基点或称为格点。
晶体的结构和特性决定了它在现代科学技术上有 着及其广泛的应用，因此，固体物理学以晶体作为 主要的研究对象。
上节 目录 下节3
§1.1 晶体的基本性质
一、晶体的特征
虽然不同的晶体具有各自不同的特性，但是，在 不同的晶体之间仍存在着某些共同的特征，这主要 表现在以下几个方面。
1.长程有序
具有一定熔点的固体，称为晶体。 实验表明：在晶体中尺寸为微米量级的小晶粒内 部，原子的排列是有序的。在晶体内部呈现的这种 原子的有序排列，称为长程有序。
固体物理学
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目录
晶体的结构 晶体的结合 晶格振动和晶体的热学性质 晶体中的缺陷 金属电子论 能带理论与能带结构
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第1章 晶体的结构
固体物质是由大量的原子、分子或离子按照一定 方式排列而成的，这种微观粒子的排列方式称为固 体的微结构。
按照微结构的有序程度，固体分为晶体、准晶体 和非晶体三类。其中，晶体的研究已经非常成熟， 而非晶体和准晶体则是固体研究的新领域。