固体物理ppt课件.ppt

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1、固体物理学第一章晶体结构学习内容:第二章晶体中原子的结合第三章晶格振动与晶体的热学性质第四章能带理论1第一章晶体结构学习内容：前言第一节晶体结构的周期性第二节一些晶格的举例第三节晶面、晶向和它们的标志第四节倒格子第五节晶体的对称性2第一节晶体结构的周期性一、布拉伐格子二、原胞三、晶胞(单胞)3一、布拉伐格子→表征了晶格的周期性理想晶体：可看成是由完全相同的基本结构单元（基元）在空间作周期性无限排列构成单个原子或离子或若干个原子的集团①格点：代表基元中空间位置的点称为格点一切格点是等价的—每个格点的周围环境相同→因为一切基元的组成，位相和取向都相同!基元的重心4等价数学定义：

2、中取一切整数值所确定的点的集合称为布拉伐格子。用一个点来代表基元中的空间位置（例如：基元的重心），这些呈周期性无限分布的几何点的集合形成的空间点阵②布拉伐（Bravais）格子：5(a)基元(b)晶体结构布拉伐格子+基元=晶体结构:两类不同的原子:基元中特定的点—格点黑点的总体形成Bravais格子6注意事项：1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的③格矢量：若在布拉伐格子中取格点为原点，它至其他格点的矢量称为格矢量。可表示为，为一组基矢·1234二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子x7固体物理学第一章晶体结构学习内容:第二章晶体中原子

3、的结合第三章晶格振动与晶体的热学性质第四章能带理论8晶系轴和角度布拉伐格子斜方a≠bγ≠90℃简单斜方长方a≠bγ=90℃简单长方中心长方正方a=bγ=90℃简单正方六角a=bγ=120℃简单六角二维晶格的晶系和布拉伐格子baababbaγ9简单三斜简单单斜底心单斜简单正交底心正交面心正交体心正交简单四方简单菱方体心四方简单六方简单立方体心立方面心立方10二、原胞所有晶格的共同特点—具有周期性（平移对称性）1、定义：原胞：一个晶格最小的周期性单元，也称为固体物理学原胞晶格基矢:指原胞的边矢量，一般用表示用原胞和基矢来描述认识:描述方式位置坐标描述112、注意：①三维晶格原胞

4、(以基矢为棱的平行六面体是晶格体积的最小重复单元）的体积为：二维晶格原胞的面积S为：一维晶格原胞的长度L为最近邻布拉伐格点的间距②原胞的取法不是唯一的（基矢取法的非唯一性）③平行六面体形原胞—固体物理学原胞，有时难反映晶格的全部宏观对称性→Wigner-Seitz取法?12①简单晶格：性质：每个原胞有一个原子→所有原子完全“等价”举例：具有体心立方晶格的碱金属具有面心立方结构的Au,Ag,Cu晶体3、晶格分类13CsCl结构NaCl晶格结构的典型单元②复式晶格：性质：每个原胞包含两个或更多的原子→实际上表示晶格包含两种或更多种等价的原子或离子结构：每一种等价原子形成一个简单

5、晶格;不同等价原子形成的简单晶格是相同的Cs+Cl-由若干个相同的简单晶格相对错位套构而成14举例：★NaCl，CsCl—包含两种等价离子★所有原子都是一样的六角密排晶格结构Be,Mg,Zn金刚石晶格结构C,Si,Ge包含两种等价原子六角密排晶格结构的典型单元ABca复式晶格的原胞：就是相应的简单晶格的原胞，在原胞中包含了每种等价原子各一个。注意15４、位置坐标描述晶格周期性：简单晶格：每个原子的位置坐标：为晶格基矢为一组整数每个原子的位置坐标：复式晶格：:原胞内各种等价原子之间的相对位移16面心立方位置的原子B表示为：立方单元体内对角线上的原子A表示为:其中　为1/4体对

6、角线金刚石晶格结构的典型单元BA构成：由面心立方单元的中心到顶角引8条对角线，在其中互不相邻的4条对角线的中点，各加一个原子—得到金刚石晶格结构！特点：每个原子有4个最近邻，它们正好在正四面体的顶角位置！金刚石结构为例：τ？17三、晶胞(单胞)晶胞：为反映晶格的对称性，在结晶学中选择较大的周期单元→称为晶体学原胞晶胞的基矢：沿晶胞的三个棱所作的三个矢量，常用表示。晶格常数：指晶胞的边长固体物理学原胞:最小重复单元—只反映周期性(n=1)晶体学原胞:反映周期性和对称性（n≥2)注意：18晶体中一种质点(黑点)和周围的另一种质点(小圆圈)的排列是一样的，这种规律叫做近程规律或短

7、程有序。晶体这种在图形中贯彻始终的规律称为远程规律或长程有序—微米量级晶体中既存在短程有序又存在长程有序!每种质点(黑点或圆圈)在整个图形中各自都呈现规律的周期性重复。把周期重复的点用直线联结起来，可获得平行四边形网格。可以想像，在三维空间，这种网格将构成空间格子。原子在三维空间中有规则地周期性重复排列的物质称为晶体19非晶体中，质点虽然可以是近程有序的(每一黑点为三个圆圈围绕)，但不存在长程有序！非晶体液体和非晶体中的短程序：1.参考原子第一配位壳层的结构有序化，其范围为0.35—0.4nm以内；2.基于径向分布