固体物理基础

固体物理基础Tag内容描述：<p>1、第一章 金属自由电子费米气体模型 一、 本章内容概述 本节内容提示 二、金属的自然地位和社会地位 三、金属自由电子气体模型的建立和发展 四、电子密度 五、本章重点 六、本章难点 一、 本章内容概述 第一节 自由电子费米气体模型及基态性质 第二节 费米分布和自由电子气体的热性质 第三节 自由电子的顺磁磁化率 第四节 金属的电导率和热导率 第五节 霍尔效应和磁电阻效应 第七节 自由电子气体模型的局限性 第六节 金属的光学性质 二、金属的自然地位和社会地位 2.自然界，约有三分之二以上的固态纯元素属 于金属； 1.化学元素周期表，在。</p><p>2、第四节 金属的电导率和热导率 本节主要内容： 三、金属的热导率 一、特鲁德-洛仑兹近似下金属的电导率 二、索末菲近似下金属的电导率 一、特鲁德-洛仑兹近似下金属的电导率 1. 电场下经典的动力学方程 按照特鲁德-洛仑兹模型，电子遵循碰撞近 似和弛豫时间近似。碰后的电子无规取向,所以 电子对动量的贡献仅源于没有发生碰撞的那部 分电子。 无论是经典的特鲁德-洛仑兹自由电子论， 还是量子的索末菲自由电子论，在解释金属的 电导和热导问题上都取得了成功,并成功解释了 维德曼夫兰兹定律。首先我们看一下特鲁德- 洛仑兹自由电子论的结果。</p><p>3、3.7 布洛赫电子的准经典运动 本节主要内容： 一、布洛赫电子的准经典模型 二、布洛赫电子的加速度和有效质量 前面我们讨论了晶体电子在周期势场中的本征态和本 征能量，从本征态和本征能量出发可以进一步研究晶体 中电子的基态和激发态 3.7 布洛赫电子的准经典运动 因为只要知道了电子本征态的分布，就可以根据统计 物理的基本原理去讨论系统中电子按能量的平衡态分布 问题，也可以讨论在外场下的量子跃迁问题，比如热激 发、光吸收和电子散射等。 另外,当讨论电子在外场中的运动问题时,如果采用量子 力学处理,哈密顿中除了周期势外,还要。</p><p>4、4.7 非简谐效应 一、 晶体的热传导 本节主要内容: 二、 晶体的热膨胀 4.7 非简谐效应 在简谐近似的情况下，晶格原子振动可描述为 3N个线性独立的谐振子的迭加，各振子间不发 生作用，也不交换能量； 晶体中某种声子一旦产生，其数目就一直保 持不变，既不能把能量传递给其他声子，也不 能使自己处于热平衡状态。 也就是说,在简谐晶体中,声子态是定态,携带热 流的声子分布一旦建立,将不随时间变化(表明弛 豫时间为无穷大),这意味着无限大的热导率. 所以，用简谐近似理论不能解释晶体的热膨胀和热 传导现象。 实际上，原子间的相互作用力(恢。</p><p>5、4.4 晶格比热 一、晶体比热的一般理论 本节主要内容: 二、晶格比热的量子理论 三、三维晶体比热的德拜模型 四、晶体比热的爱因斯坦模型 下面分别用经典理论和量子理论来解释晶体比热的规 律。 晶体比热的实验规律 (1)在高温时,晶体的比热为 3 NkB (N为晶体中原子的 个数, kB =1.3810-23JK-1为玻尔兹曼常量) ； (2)在低温时，晶体的比热按T3趋于零。 晶体的定容比热定义为： 一、晶体比热的一般理论 是晶体的平均内能, 包括与热运动无关的基态能量、 晶格振动的平均能量(晶格热能)和电子热能三部分. 4.4 晶格比热 晶格振动比热 晶体电子比。</p><p>6、第一章第一章 习习 题题 1. 画出下列晶体的惯用原胞和布拉菲格子，指明各晶体的结构以及惯用原胞、初基原胞中的原子个数和 配位数。 (1) 氯化钾； （2）氯化钛； （3）硅； （4）砷化镓； （5）碳化硅（6）钽酸锂； （7）铍； （8）钼； （9）铂。 解：解： 名称 分子式 结构 惯用元胞 布拉菲 格子 初基元胞初基元胞 中原子数中原子数 惯用元胞 中原子数 配位数 氯化钾 KCl NaCl 结构 fcc 2 8 6 氯化钛 TiCl CsCl 结构 sc 2 2 8 硅 Si 金刚石 fcc 2 8 4 砷化镓 GaAs 闪锌矿 fcc 2 8 4 碳化硅 SiC 闪锌矿 fcc 2 8 4 钽酸锂 LiTaO3 钙钛矿 s。</p><p>7、第二章 晶体中原子的结合 总 结 v晶体结合能的普遍规律 v五种基本结合类型 v元素和化合物结合的规律 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。 1.晶体的结合能 E0是晶体的总能量，EN是组成该晶体的N个原子在自由状态 时的总能量，Eb即为晶体的结合能。 2.原子间相互作用势能 其中第一项表示吸引能，第二项表示排斥能。 A、B、m、n0 晶体结合能的普遍规律 吸引力-库仑引力；排斥力 库仑斥力 泡利不相容原理 3.N个原子组成的晶体相互作用势能 其中ui、u(rij)为第i个原子与其他所有原子间的相互作用势 能及第i个。</p><p>8、第六节 金属的光学性质,本节主要内容:,研究自由电子在交变场中的行为. 主要有光吸收、光学常数和光反射,金属一般都具有金属光泽，许多金属可以用来制作镜子，这表明金属对于可见光具有很好的反射特性。,1.6 金属的光学性质,光波在自由电子气中传播满足的波动方程为,E为电磁波； 0为真空磁导率 0为真空介电常数 为电导率,我们知道光波属于电磁波。因而为了讨论金属的光学行为，需要借助电动力学中的波动方程，并定义出复数介电常量、复数折射率和吸收系数等物理量,将它代入波动方程可得波矢：,假设入射金属的电磁波是,一. 复数介电常量和复。</p><p>9、4.2 长波近似,二、长光学波,本节主要内容:,一、 长声学波,4.2 长波近似,前面已知声学波中,相邻原子都沿同一方向振动;光学波中,原胞内的不同原子相对地作振动.,把波长很长的声学波简称为长声学波,把波长很长的光学波简称为长光学波.下面讨论它们的特点.,当波长比原胞的线度大得多时, 声学波代表了原胞质心的振动,而在光学波中,原胞的质心保持不动.若晶体由正负两种离子组成,波长很长的光学波会使得晶格中出现宏观的极化.,一、长声学波,由前面一维双原子链的色散关系,声学波：,长声学波的波速： , 为常数.,表明长声学波的角频率与波矢存在线。</p><p>10、半导体物理之固体量子理论基础,OVT S.M.,固体量子理论基础,固体中电的传导 状态密度函数 统计力学,3.1 固体中电的传导,能带和键模型,T升高时会发生什么现象？,T=0K的半导体能带见图(a)， 这时半导体的价带是满带，而导带是空带，所以半导体不导电。 当温度升高或在其它外界因素作用下，原先空着的导带变为半 满带，而价带顶附近同时出现了一些空的量子态也成为半满 带，这时导带和价带中的电子都可以参与导电，见图(b)。 常温下半导体价带中已有不少电子被激发到导带中，因而具备 一定的导电能力。图(c)是最常用的简化能带图。,能带和键模。</p><p>11、4.7 非简谐效应,一、 晶体的热传导,本节主要内容:,二、 晶体的热膨胀,4.7 非简谐效应,在简谐近似的情况下，晶格原子振动可描述为3N个线性独立的谐振子的迭加，各振子间不发生作用，也不交换能量；,晶体中某种声子一旦产生，其数目就一直保持不变，既不能把能量传递给其他声子，也不能使自己处于热平衡状态。,也就是说,在简谐晶体中,声子态是定态,携带热流的声子分布一旦建立,将不随时间变化(表明弛豫时间为无穷大),这意味着无限大的热导率.,所以，用简谐近似理论不能解释晶体的热膨胀和热传导现象。,实际上，原子间的相互作用力(恢复力)并。</p><p>12、第 一 节 晶体缺陷的基本类型,7.1.1 点缺陷,7.1.2 线缺陷,7.1.3 面缺陷,本节主要内容：,晶体的缺陷,化学缺陷：,没有杂质的具有理想的化学配比的晶体中的缺陷，如空位，填隙原子，位错。,由于掺入杂质或同位素，或者化学配比偏离理想情况的化合物晶体中的缺陷，如杂质，色心等。,结构缺陷：,晶体缺陷（晶格的不完整性）：晶体中任何对完整周期性结构的偏离就是晶体的缺陷。,点缺陷：它是在格点附近一个或几个晶格常量范围内的一种晶格缺陷，如空位、填隙原子、杂质等。,由于空位和填隙原子与温度有直接的关系，或者说与原子的热振动有关，。</p><p>13、12 - 一 本章习题 P272习题 1.试证理想六方密堆结构中c/a=1.633. 一 说明： C是上下底面距离，a是六边形边长。 二 分析： 首先看是怎样密堆的。 如图(书图1.10(a)，P8)，六方密堆结构每个格点有12个近邻。。</p><p>14、求 固体物理基础 第三版 阎守胜中的两个留数问题求 固体物理基础 第三版 阎守胜中的两个留数问题 P11 等式 1 2 13 00 2 0 1 2 ff IQdQ f Qd d L 1 1 B B k T fk T e 其中 对于金属 2 1 B B k T k T B fe k T e 0 2 0。</p><p>15、第二节费米分布和自由电子气体的热性质 一化学势和费米能量随温度的变化 二自由电子费米气体的比热容 1 2 1化学势和费米能量随温度的变化 T 0K时 自由电子费米气体在有限温度下的宏观状态可以用电子在其本征态上的分。</p><p>16、第一部分：自由电子费米气体模型和基态性质，1。型号，2。单电子的本征态和本征能量，3。基态和基态能量。本节主要内容：自由电子气体(自由电子费米气体):符合泡利原理的自由、非相互作用的电子气体。1.索末菲模型，1.1自由电子费米气体模型和基态性质，1在无金属电子近似中忽略电子和离子实体之间的相互作用，在无金属电子近似中忽略电子之间的相互作用，三价电子速度服从无费米-狄拉克分布的电子费米气体，不管电子。</p><p>17、声明声明 第一条 第一条 佐正： 第 1 章第 5 题 “原子数、 面密度” 改为 “原 子数面密度” ；第 7 章第 7 题“原于量”改为“原子 量” 。 第二条 第二条 本习题解答基于版本：固体物理基础-西安电子 科技大学出版社(曹全喜 雷天明 黄云霞 李桂芳 著) ，且仅限于习题解答，而不包含思考题部分； 第三条 第三条 此版本只含有习题参考答案 （部分题目提供了多 种解法） ，而不含有。</p><p>18、第七节 自由电子气体模型的局限性,本节主要内容：,一、 该模型的成功之处,二、该模型的不足之处和改进方法,1.8 自由电子气体模型的局限性,一、 该模型的成功之处,自由电子气体模型与费米统计的应用，对于理解金属尤其是一价金属的物理本质方面取得了巨大的成功。尽管索末菲模型忽略了正离子和电子之间的强静电作用力。但是本章的学习使我们看到该模型对于以下金属的性质仍能作出满意地解释。如：电子气的比热、自由电。</p>