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1、固体物理SolidStatePhysics周剑平物理学与信息技术学院zhoujp@snnu.edu.cn2011.9.~2012.1文津楼12612星期五8:00-12:00第1讲晶体结构1CrystalsStructure晶体结构CrystalStructure晶列、晶面CrystalsArrayandPlane对称性Symmetry倒易空间ReciprocalSpaceSchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU晶体固体：包括晶体、非晶体和准晶晶体：有固定熔点，金属、岩盐、石英、金刚石非晶态：没有固定熔点，橡胶、塑料、玻璃、腊晶体
2、：是指其内部的原子、分子、离子或其集团在三维空间呈周期排列的固体，表现为长程有序（在微米量级范围是有序的）非晶体：无规则的，无序的或短程有序的。在X射线中出现明显衍射峰的称为晶体（微米量级甚至纳米量级）晶体分为：单晶体多晶体；有机晶体无机晶体完整晶体非完整晶体SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU晶体特征固体物理研究的对象：长程有序晶体完整晶体。晶体中原子的周期性排列使晶体具有一些共同的性质：1.均匀性:晶体不同部位的宏观性质相同（平移特性）2.不均匀性:晶体的不同方向上具有不供的物理性质（旋转特性）3.自限性：晶体具有自发形成
3、规则的几何外形的特性4.对称性：晶体在某几个特定的方向上表现出来的物理化学性质完全相同的特性5.解理性：晶体常具有某些确定范围的沿晶面劈裂的性质，劈面称为解理6.最小内能：同一种物质的几种不同形态（气、液、非晶态、晶态）以晶体内能最小SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU晶体的周期性晶体结构＝结构基元＋空间点阵为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体其中的等价的原子或原子团代表一个结构基元(basis)，抽象为格点或阵点。空间点阵：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（包括化
4、学环境和几何环境），在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。Bravais格子描述空间点阵：Rl=l1al+l2a2+l3a3，体现了平移对称性l1,l2,l3为整数，al,a2,a3代表不在同一平面内的3个矢量，称为基矢体现了对称性与周期性SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU点阵与晶体结构阵点（几何点代替结构单元）和点阵（阵点的分布总体）与晶体结构（=点阵+结构单元）的区别。1.晶体点阵晶胞SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU原胞和基矢元胞选取有一定随意性?基本原则
5、：最小重复单元，体积最小，内部不包含其他格点原胞(Primitivecell)一个晶格中最小重复单元，平移完全覆盖晶格的最小单元，原胞中必包含、也只包含一个结构基元（阵点）体现晶格共同特点——周期性，可以用原胞和基矢来描述SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU原胞和基矢基矢满足R=l1al+l2a2+l3a3(Bravais格子)，其中矢量al,a2,a3为原胞的边矢量，即基矢;由基矢构成的六面体即原胞2原胞选取基矢的选择原则：al,a2,a3线性无关al,a2,a3尽可能小，夹角尽可能为直角或接近于直角，并组成右手系尽可能反映
6、点阵的对称性原胞体积SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU晶胞和轴矢晶胞(Unitcell)为了反映晶格的对称性，又能反应晶体周期性的尽可能小重复单元，取一个或多个最小重复单元，包含一个或几个原胞的平行六面体简单立方晶格—晶胞是原胞面心立方、体心立方晶格—晶胞不是原胞轴矢描述晶胞的三个格矢abc，夹角abg(晶格常数)3晶胞的6个参数晶胞体积SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU晶胞选取的原则选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性；平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；当平行六
7、面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多；晶轴交角不为直角时，选最短的晶轴，且交角接近直角。当满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小的体积。画出图(c)的一组格点，选择一组基矢、原胞、基元SchoolofPhysicsandInformationTechnology,SNNU概念总结点阵：晶体的周期性，忽略填充空间的实际结构(分子),Bravais格子阵点：将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点结构基元、格点、原胞的关系基矢，原胞轴矢，晶胞晶体结构：原子在晶体中的周期性排列。它可以通过在每
