《晶体的特征》课件.ppt

主要参考书1）胡安固体物理学，高教出版社O48/HA02）黄昆固体物理学，高教出版社O48/HK03）杨兵初固体物理学,中南大学出版社O48/ZX74）王矜奉固体物理教程第4版,山东大学出版社O48/WJ65）季振国半导体物理,浙江大学出版社O47/JZ76）美C.基泰尔（CharlesKittel）固体物理导论，化工出版社O48/JT5,课程基本要求1.学时：54学时（无实验教学）。2.内容：第1，2，3，5，6，7章。先修：热统、量子。3.考核：期末80%，平时20%（作业、课堂、答疑）。4.作业：教材习题。学习委员收；批改一半；缺1/3取消考试资格。5.答疑：周四下午1517点。章辉楼541室。电话6181048。邮箱：318416739,固体,晶体:,非晶体:,准晶体:,长程有序（周期性）,至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。,长程有序:,课程概述一、研究对象固体物理学：研究固体的结构、性能、用途；组成固体的粒子（原子、离子、电子）之间的相互作用。,NaCl结构,二维蜂窝结构石墨,晶体周期性示例：,固体,晶体:,非晶体:,准晶体:,长程有序（周期性）,无周期性（长程无序，短程有序）；有对称性。,单晶体,多晶体,至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。,长程有序:,课程概述一、研究对象固体物理学：研究固体的结构、性能、用途；组成固体的粒子（原子、离子、电子）之间的相互作用。,非晶体：原子排列不具有长程的周期性，但基本保留了短程有序，即近邻原子的数目和种类、近邻原子之间的距离(键长)、近邻原子配置的几何方位(键角)都与晶体相近。具有对称性。,非晶体结构的长程无序排列,小资料：我们吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花，是水的结晶。“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。每家厨房中常见的砂糖、盐、碱、冰是晶体；每个人身上的牙齿、骨骼是晶体；半导体、工业中的矿物岩石是晶体；日常见到的各种金属及合金制品也属晶体；就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远，它就在我们的日常生活中。,固体,晶体:,非晶体:,准晶体:,长程有序（周期性）,无周期性（短程有序，长程无序）；有对称性。,无周期性；有一定的有序性。,单晶体,多晶体,至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。,长程有序:,课程概述一、研究对象固体物理学：研究固体的结构、性能、用途；组成固体的粒子（原子、离子、电子）之间的相互作用。,Penrose拼接图案,准晶体：没有长程的平移对称性（周期性），但具有一定的有序性。可以用Penrose拼接图案显示其结构特点。1984年：快速冷却AlMn合金得到5度对称的准晶（无周期性，但有一定的有序性：夹角，5个对称轴的长度只有1或1.618两种）,总之，固体分为晶体、非晶、准晶。几十年来，固体物理学主要研究对象是晶体，近些年才真正开始研究非晶和准晶。本课程：研究晶体的结构、结合、晶格振动、能带、金属、半导体。,二、课程体系,预备知识（统计物理，量子力学）,晶体结构周期性对称性,晶体结合结合类型结合能,晶格动力学格波声子热学性质,能带论布洛赫波近自由电子近似紧束缚近似准经典近似,金属电子论自由电子模型比热电导率热导率,半导体电子论,三、学习方法,1.先修知识：统计物理（三种统计方法）量子力学（薛定谔方程，微扰论）2.深度与广度：考试与考研；专题；扩展。3.题量要保证。,1.1晶体的宏观特性1.2空间点阵1.3晶格的周期性（含典型晶体结构）1.4密堆积、配位数1.5晶面和晶向1.6晶体的宏观对称性1.7倒格子1.8晶体结构的实验确定,第1章晶体结构,长程有序（周期性）固定的熔点自限性与解理性晶面角守恒定律晶体的各向异性,1晶体的宏观特性,晶体具有自发地形成封闭凸多面体的能力，称为自限性。,晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质，称为晶体的解理性，这样的晶面称为解理面。,3.自限性与解理性,1.长程有序粒子排列具有三维周期性、对称性。可用X射线衍射研究晶体的周期性结构。,2.固定的熔点给某种晶体加热，当加热到某一特定温度时，晶体开始熔化，且在熔化过程中温度保持不变，直到晶体全部熔化，温度才开始上升，即晶体有固定的熔点。,1晶体的宏观特性,晶面的交线称为晶棱，晶棱互相平行的晶面的组合称为晶带，如右图中a1b2。,互相平行的晶棱的共同方向称为该晶带的带轴。晶轴是重要的带轴。如右图中OO。,食盐：立方体，六面体，混合体,4.晶面角守恒定律,属于同一品种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定不变。,石英晶体：,a、b间夹角总是14147；a、c间夹角总是11308；b、c间夹角总是12000。,5.晶体的各向异性,在不同方向上，晶体的物理性质不同。（电阻率、导电性能、导热性能、介电常数、光的折射、弹性、硬度等）,由右图可以看出，在不同的方向上晶体中原子排列情况不同，故其性质不同（电阻率、导电性能、导热性能、介电常数等，要用张量表示）。,各向异性是区别晶体与非晶体的重要特征。,晶体为什么具有这些宏观特性呢?,晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观周期性、对称性的反映。,长程有序、固定的熔点、自限性与解理性、晶面角守恒、晶体的各向异性。,晶体的宏观特性：,小资料：晶体和非晶体的主要区别在外形上：晶体具有规则的几何形状，而非晶体则没有。食盐晶体、明矾晶体、石英晶体的形状虽然各不相同，但都有规则的几何形状，所以食盐、明矾、石英都是晶体，有些晶体可以有各种不同的几何形状，例如雪花可以有多种不同的几何形状。非晶体没有规则的几何形状。在物理性质上：晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。例如晶体在不同的方向上可以有不同的硬