固体物理复习资料

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1、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

2、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

3、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(h

4、kl)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。由倒易点阵基矢所张的空间称为倒易空间，可理解为状态空间。对称操作定义：一个晶体在某一变换后，晶格在空间的分布保持不变，这一变换称为对称操作。在研究晶体对称性中主要有三种正交变换：镜象（镜面、反映面）、对称心（中心反演）和转动原子内所有电子的散射波的振幅的几何和与一个电子的散射波的振幅之比称为该原子的散射因子。通过晶格中任意两个格点连一条直线称为晶列，晶列的取向称为晶向，描写晶向的一组数称为晶向指数晶体的衍射：X射线衍射（试验方法：劳厄法，转动单晶法，粉

5、末法）电子衍射和中子衍射。晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的，即晶体的宏观特性是微观特性的反映晶格+基元=晶体结构第一章晶体的结合电离能的大小可以用来度量原子对价电子的束缚强弱电离能和亲和能从不同角度表征了原子争夺电子的能力。如何统一衡量原子得失电子的难易程度呢？为此，人们提出了原子电负性的概念。共价键具有两个特性：饱和性和方向性分子晶体的结合力就是范德瓦尔斯力，它是一种瞬时的电偶极矩的感应作用，分为三大类：静电力、诱导力和色散力晶体的结合能就是将自由的原子(离子或分子)结合成晶体时所释放的能量。晶体的抗张强度等于晶体所能承受的最大张力。

6、范德瓦尔斯力：分子偶极矩的静电吸引作用产生的力。五种基本结合类型：离子晶体、非极性分子晶体、原子晶体、金属晶体和氢键晶体第二章晶格振动与晶体热学性质波矢密度：波矢空间中单位体积的波矢数目。晶格振动的波矢数目=晶体的原胞数N，格波振动频率数目=晶体的自由度数mNn，晶体中格波的支数=原胞内原子的自由度数mn由N个原子组成的一维单原子链的振动等价于N个谐振子的振动，谐振子的振动频率就是晶格振动频率。晶格振动的频率w与波矢之间的关系称为格波的色散关系，也称为晶格振动谱布里渊散射：光子与长声学波声子的相互作用；拉曼散射：光子与光学波声子的相互作用斯托克斯散

7、射：散射频率低于入射频率的散射；反斯托克斯散射：散射频率高于入射频率的散射。中子的非弹性散射被广泛地用于研究晶格振动谱。不适用于原子核对中子有强俘获能力的情况用可见光散射方法只能测定原点附近的很小一部分长波声子的振动谱，而不能测定整个晶格振动谱，这是光可见散射法的最根本缺点。因为长光学波是极化波，所以长光学波声子称为极化声子，但是只有长光学纵波才伴随有宏观的极化电场，所以极化声子应该主要是指纵光学声子。长光学横波与电磁场相耦合，它具有电磁性质，称长光学横波声子为电磁声子热膨胀：在不施加压力的情况下，晶体体积随温度变化的现象称为热膨胀。当晶体中温度不

8、均匀时，将会有热能从高温处流向低温处，直至各处温度相等达到新的热平衡,这种现象称为热传导格波：晶体中的原子都在它的平衡位置