固体物理——期末复习.ppt

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1、固体物理SolidStatePhysics2011.09.01固体晶体:非晶体:准晶体:长程有序不具有长程序的特点,短程有序。有长程取向序，而没有长程的平移对称性。单晶体多晶体固体分类(按结构)：金属、合金固体的分类基元：晶体的基本结构单元格点：基元的代表点晶格：格点的周期性无限分布（晶体结构周期性的数学抽象）表征晶体周期性的物理量晶体结构=基元+晶格基矢：初基平移矢量（基矢的选取不唯一）原胞：晶格的最小重复单元由基矢为三个棱边组成的平行六面体是晶格结构的最小重复单元，它们平行、无交叠的堆积在一起，可以

2、形成整个晶体。这样的重复单元即为原胞（固体物理学原胞）。原胞（固体物理学原胞）一个原胞只含一个格点原胞的体积为：原胞对于同一晶格，原胞的选取不唯一原胞原胞的存在反映了晶体晶格的周期性，各原胞中的对应点的一切物理性质相同，因而作为位置函数的各种物理量，应具有晶格周期性或者平移对称性：其中为晶格平移矢量晶胞（结晶学原胞）除了周期性外，每种晶体还有自己特有的对称性，结晶学上往往选取能直观反映上述对称性的晶格重复单元，称为晶胞（结晶学原胞）。晶胞的边长称为晶格常数，它不一定等于近邻原子的间距。晶胞基矢用、、表示

3、晶胞可能含一个以上的格点晶胞不一定是最小重复单元，其体积一般是原胞的整数倍(a)简立方三种常见的立方系晶胞与相应原胞的关系(b)面心立方(c)体心立方立方晶系晶胞的体积:取为坐标轴的单位矢量,设晶格常数为a晶胞基矢为：(a)简立方简立方晶胞即为固体物理学原胞，原胞基矢等于晶胞基矢(b)面心立方(fcc)每个面心立方晶胞包含4个格点。固体物理学原胞的体积原胞基矢分别为：(c)体心立方(bcc)每个晶胞包含2个格点。固体物理学原胞的体积原胞基矢分别为：(c)体心立方复式格子基元一般包含多种原子，如果以这些原

4、子作为结构点来观察，晶体还是布拉维格子吗？布拉维格子：由格点（基元的代表点）形成的晶格。其特点是每个格点周围的情况完全相同ab一维双原子链，所包含两类原子等价吗？复式格子二维蜂窝状结构PRQP、Q、R三点等效吗？氯化钠结构Cl原子与Na原子周围情况相同吗？多原子晶体对原子来说不是布拉维格子，但是各个基元中的相应原子构成与格点相同的布拉维格子，只不过这些晶格之间存在相对位移，我们把若干相同结构的布拉维格子相互套构而成的格子称为复式格子。NaCl结构中的Na+和Cl-各自构成面心立方格子注意：即便是单原子晶

5、体，也不一定是布拉维格子。为了方便，以后都以原子为结构点把晶体分为布拉维格子和复式格子。如Cu、Al等是面心立方格子，NaCl则是复式格子(a)金刚石结构金刚石结构：面心立方晶胞外加4个位于体对角线1/4处的原子构成。几类立方晶系复式格子体对角线1/4处的四个原子不共面，它们与顶角以及面心的原子不等价（共价键方向不同）思考：金刚石结构的晶胞包含几个原子？(a)金刚石结构几类立方晶系复式格子金刚石结构是由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/4的长度套构而成,其布拉维晶格为面心立方。1.金刚石结构的晶胞包含

6、8个原子2.金刚石结构属面心立方，每个结晶学原胞包含4个格点。3.金刚石结构每个固体物理学原胞包含1个格点,基元由两个碳原子组成,位于（000）和处。金刚石结构(b)氯化钠结构氯化钠结构由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/2的长度套构而成。Cl-和Na+分别组成面心立方子晶格。其布拉维晶格为面心立方。每个固体物理学原胞包含1个格点，每个结晶学原胞包含4个格点。氯化钠的固体物理学原胞选取方法与面心立方格子的选取方法相同。基元由一个Cl-和一个Na+组成。(000)Cl-的坐标为，Na+的坐标为。(c)氯

7、化铯结构氯化铯结构是由两个简立方子晶格沿体对角线位移1/2的长度套构而成。Cl-和Cs+分别组成简立方格子，其布拉维晶格为简立方。每个固体物理学原胞包含1个格点，每个结晶学原胞包含1个格点。基元由一个Cl-和一个Cs+组成。(000)Cl-的坐标为，Cs+的坐标为。例1：求面心立方的致密度。我们把一个晶胞中被硬球占据的体积和晶胞体积之比称为致密度(堆积比率或最大空间利用率)。单胞体积单胞中原子所占体积设晶格常量为a，原子半径为R，则N是单胞中原子个数内部原子数面上原子数棱上原子数顶角上原子数§1.3晶向

8、、晶面和它们的标志1.3.1晶向及晶向指数1.晶向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(或晶列指数)。过一格点可以有无数晶列。(3)晶列族中的每一晶列上，格点分布都是相同的；(4)在同一平面内，相邻晶列间的距离相等。(1)平行晶列组成晶列族，晶列族包含所有的格点；(2)晶列上格点分布是周期性的；晶列的特点2.晶向指数如果从晶列上一个格点沿晶向到任一格点的位矢为(1)用固体物理学原胞基矢表