固体物理.docx

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1、第一章晶体的共性:长程有序(微米数量级)、自限性(自发形成多面封闭几何体)、解理性(晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。解理面-相应的晶面)、晶面角守恒、各向异性(晶体的物理性质在不同方向上存在差异)晶面-围成晶体凸多面体的光滑平面晶棱-不同晶面之间的交线 顶点-不同晶棱的交汇点 晶带-晶棱相互平行的晶面组合带轴-相互平行晶棱的共同方向HCP六角密堆积FCC面心立方密堆积BCC体心立方密堆积配位数:一个粒子周围最近邻的粒子数(六角立方12、面心立方12、体心立方8)。粒子排列越紧密,配位数越大。致密度:晶胞中所有原子的体积与晶胞体积之比基元:在空间周期性重复排列的基本结构单元,基元是晶体结构中

2、最小的重复单元,格点代表基元的重心位置。用一点代表一个基元,这些点称之为格点。晶体结构=格点+基元一种原子组成且每个原子周围的情况相同称为简单晶格或布拉维晶格。由几种布拉维晶格组成的是复式晶格。原胞: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所形成的平行六面体作为重复单元,沿三个不同的方向进行周期性平移就可以充满整个晶格。这个体积最小的重复单元即为原胞。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。原胞体积相等晶胞:为了反映晶体结构周期性的同时,反映每种晶体的对称性,所选取的重复结构单元的体积不一定最小,顶点不仅可以在格点上,还可以在面心或体心。这种重复结构单元称为,简

3、称晶胞。七大晶系:三斜,单斜,正交,四方,六方,三方和立方晶系。晶向:通过晶格中任意两个格点连一条直线,这样的直线称为晶列,晶列的取向称为晶向。晶面:在晶格中,通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面,称为晶面。对称操作分为:点对称操作和平移对称操作。点群:是指一个晶体中点对称元素的集合。空间群:点对称操作+平移对称操作若点阵(或晶体)绕某一固定轴转以后自身重合,则此轴称为n次(度)旋转对称轴。晶体中允许的旋转对称轴只能是1,2,3,4,6度轴。原因:晶体中原子排布具有平移周期性。1、2、3、4、6、i、m、第一布里渊区:从倒格子点阵出发,做出它最近邻的倒格子点阵矢量,并作出每个矢量的垂直平分

4、面,可得到倒格子的WS原胞,称为第一布里渊区。体心立方结构的第一布里渊区是菱形十二面体,面心立方结构的第一布里渊区是一个截角八面体,即十四面体。第二章能量最低原理 电子在原子核外排布时,要尽可能使电子的能量最低。泡利不相容原理每一轨道中只能容纳自旋相反的两个电子。洪特规则电子在原子核外排布时,将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行。电离能使原子失去一个电子成为正离子所需要的能量。电子亲和能一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放出来的能量。同周期自左至右,电负性增大;同族自上至下,电负性减小。晶体的结合能:将自由的原子(离子或分子)结合成晶体时所释放的能量。结合能:晶格常数:体积弹性模量:抗张强度

5、:晶格中最大有效引力。离子晶体平衡时的结合能:分子晶体结合能:(1) 当两个成键原子的电负性差值较大时,晶体结合往往采取离子键。(2) 电负性较大的两种原子之间的成键,主要是共价键。(3) 电负性较小的两种原子之间的成键,主要是金属价键。(4) 惰性元素只能依靠范德瓦耳斯键构成分子晶体。第三章格波:晶格中原子的振动是以角频率为W的平面波形式存在的。这种波称为格波。格波方程:色散关系:色散关系:光学支格波取+,声学支格波取如果一个m维复式晶格原胞数为N,,每个原胞含p个不等效的原子:声子:我们将格波的能量量子称为声子。声子是准粒子。声子是人们为了更好理解和处理晶格集体振动而设想的一种粒子,不能游

6、离于固体之外。固体的定容热容:爱因斯坦模型:假设晶体中的原子振动是相互独立的,所有原子都具有同一频率w0。高温时适用。低温时不适用,因为他只考虑了光学支格波对热容的贡献。德拜模型:基本思想:1、把晶体视为连续介质,即把格波看作是弹性波(长声学波)。2、假定横波和纵波的波速相等。适用于低温。徳拜温度:状态密度恢复力系数:爱因斯坦模型的能量:第四章晶体缺陷分类:点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷点缺陷:由于热运动,晶体以空位、间隙原子、杂质原子为中心,在一个或几个原子尺寸范围的微观区域内,晶格结构偏离严格周期性而形成的畸变区域。肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷。能吸收可见光的点缺陷称为色心。热缺陷:晶体中原子

7、由于热振动的能量起伏可能使其离开理想的晶格位置,从而产生空位或间隙原子,这样形成的点缺陷称为热缺陷。(在一定温度下,热缺陷处于不断产生和消失的过程)热平衡:单位时间内产生和复合消失的数目相等时,热缺陷数目保持不变,即达到热平衡。线缺陷:当晶格周期性的破坏发生在晶体内部一条线的周围近邻。错位是晶体中最重要的一种线缺陷。面缺陷:面缺陷的形式有多种,主要有堆垛错、小角晶界和晶粒间界。体缺陷:晶体中存在的尺度较大的亚微观甚至宏观的缺陷。第五章:特鲁德模型假设:(1)独立电子假设:忽略电子-电子之间的相互作用(库伦斥力)(2)自由电子假设:除在碰撞瞬间,忽略电子-原子实之间的相互作用(3)碰撞假设:传导

8、电子在金属内运动时,忽略了电子之间的碰撞,只与原子实碰撞。且碰撞前后速度毫无关联,仅与碰撞处温度相适应。(4)弛豫时间近似:外电场为零时,两次碰撞之间电子自由飞行。索末菲模型假设:(所有正电荷所构成的平均势场,电子各自独立地在平均势场中运动。)(1) 独立电子假设(2) 自由电子假设(3) 碰撞假设(4) 弛豫时间近似(5) 量子统计:使用费米-狄拉克统计 如果电子处于几个不同量子态而具有相同能量,则称为简并态。(自旋相反的两个电子,能量相同,为简并态) 一维:g(E)=C二维:g(E)=C三维: 为什么电子对比热贡献小?答:金属中虽然有大量的自由电子,但是只有费米面附近约范围内的电子才能受到热激发。这部分电子对热容有贡献。第六章能带理论的三个近似:1. 绝热近似:忽略原子实的运动(多体问题转化为多电子问题)2. 平均场近似:多电子问题转化为单电子问题3. 周期场近似:每个电子处于一个完全相等的严格周期性势场之内(转化为单电子周期场中运动)能隙:布理渊区边界,原来能量为Tn的状态,由于波的相互作用很强,变成能量不同的两个状态。

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