固体物理简答试题

固体物理简答试题固体物理简答试题固体物理简答试题第一章1.何为布拉伐格子，简单晶格、复式格子？并举例说明哪一种晶体是简单格子，哪一种晶体是复式格子？认识常有的几种晶体构造。布拉伐格子：由l1a1l2a2l3a3确立的空间格子。简单晶格：每一个原胞有一个原子。复式格子：每一个原胞含有两个或更多的原子。举例：〔1〕简单晶格：拥有体心立方晶格构造的碱金属和拥有面心立方晶格构造的Au,Ag,Cu晶体都是简单晶格。〔2〕复式格子：NaCl晶格，CsCl晶格，金刚石，ZnS,Si,Ge等晶体构造：面心立方单胞原子数4，配位数12体心立方单胞原子数2，配位数8CsCl单胞原子数2，配位数8金刚石单胞原子数8，配位数4NaCl单胞原子数na4cl4共8个，配位数6简述晶体、非晶体和准晶体的特色。晶体：原子摆列是十分有规律的，主要表达是原子摆列拥有周期性，或称为是长程有序的。非晶体：不拥有长程有序的特色,短程有序。准晶体：有长程取向性，而没有长程的平移对称性。晶格点阵与实质晶体构造有何差别和联系？晶体点阵是一种数学抽象，此中的格点代表基元中某个原子的地点或基元质心的地点，也能够是基元中随意一个等价的点。当晶格点阵中的格点被详细的基元取代后才形成实质的晶体构造。晶格点阵与实质晶体构造的关系可总结为：晶格点阵＋基元＝实质晶体构造结晶学原胞和固体学原胞有何不一样？〔何为单胞和原胞？两者有何不一样？〕结晶学原胞〔单胞〕：为了同时反应晶格的对称性，常取最小重复单元胞)的一倍或几倍作为重复单元。固体学原胞〔原胞〕：一个晶格中最小重复单元，反应晶格的周期性。不一样：结晶学原胞除了要考虑晶体构造的周期性外，还要反应晶体的对称性。它的结点既能够在顶角上也能够在体心或许面心处。固体物理学原胞只需求反应晶格周期性的特色，结点只在极点上，内部和面上皆不含其余结点。并且，固体物理学原胞只含一种原子。

(原依据晶体的对称性进行分类，有多少种点群、空间群、布拉伐格子？32种点群，230个空间群，14种布拉伐格子，7大晶系倒格子定义，倒格子与正格子的关系有哪些？倒格子定义：以b1,b2,b3为基矢构成一个空间格子，称为倒格子。关系：b12(a2a3)a1,a2,a3是正格基矢b22(a3a1)a1(a2a3)2(a1a2)b3布里渊区的定义及特色，举例说明常有的布拉伐格子的布里渊区形状？定义：在倒易点阵中，以某一格点为坐标原点，做所有倒格矢的垂直均分面，倒易空间被这些平面分红很多包围原点的多面体地区，这些地区称作布里渊区。特色：各布里渊区经过适合的平移，都可移到第一布里渊区且与之重合第二章晶体的典型联合方式有哪几种？并简要说明各样结协力的特色。离子性联合、共价联合、金属性联合、范德瓦尔斯联合特色：〔1〕离子性联合：：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而互相凑近，当凑近到必定程度时，因为泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强盛的排挤力。当排挤力和吸引力互相均衡时，形成稳固的离子晶体；共价联合：靠两个原子各奉献一个电子，形成共价键。〔3〕金属性联合：构成晶体时每个原子的最外层电子为所有原子所共有，所以在联合成金属晶体时，失掉了最外层〔价〕电子的原子实“沉醉〞在由价电子构成的“电子云〞中。在这类状况下，电子云和原子实之间存在库仑作用，体积越小电子云密度越高，库仑互相作用的库仑能愈低，表现为原子聚合起来的作用。〔4〕范德瓦尔斯联合：惰性元素最外层的电子为8个，拥有球对称的稳固关闭构造。但在某一刹时因为正、负电中心不重合而使原子体现出刹时偶极矩，这就会使其余原子产生感觉极矩。非极性分子晶体就是依赖这刹时偶极矩的互作用而联合的。试述共价键的主要特色。饱和性与方向性饱和性：一个原子只好形成必定数量的共价键，每个键含有2个电子，分别来自两个原子。方向性：原子只在特定的方向上形成共价键，各个共价键之间有确立的相对取向当2个原子由相距很远而渐渐凑近时，二原子间的力与势能是怎样渐渐变化的？2个原子由相距很远而渐渐凑近时，2个原子间引力和斥力都开始增大，但第一引力大于斥力，总的作用为引力，f(r)<0，而互相作用势能u(r)渐渐减小；当2个原子慢慢凑近到均衡距离r0时，此时，引力等于斥力，总的作用为零，f(r)=0，而互相作用势能u(r)抵达最小值；当2个原子间距离持续减小时，因为斥力急剧增大，此时，斥力开始大于引力，总的作用为斥力，f(r)>0，而互相作用势能u(r)也开始急剧增大。晶体的联合能,晶体的内能有何差别?自由粒子联合成晶体过程中开释出的能量或许把晶体拆开成一个个自由粒子所需要的能量称为晶体的联合能。原子的动能与原子间的互相作用势能之和为晶体的内能。0K时原子还存在零点振动能，但零点振动能与原子间的互相作用势能的绝对值对比小得多，所以在0K时原子间的互相作用势能的绝对值近似等于晶体的联合能。负电性、亲和能、电离能的含义及关系。〔1〕电离能是原子失掉一个电子所所需要的能量。〔2〕亲和能是原子汲取一个电子降低的能量电离能越大,亲和能越大。〔3〕电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。关系：电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。第三章晶格振动和晶体的热容量格波的数量等于多少？一个q对应几个光学波，几支声学波？格波的数量等于原胞内原子的自由度=mn(n为原胞内原子的数量，m为晶体的维数)一维时，一个q对应于1支声学波n—1支光学波三维时，一个q对应于3支声学波3n—3支光学波长光学支格波与长声学支格波实质上有何差别?长光学支格波的特色是每个原胞的不一样原子做相对振动，振动频次较高，它包括了晶格振动频次最高的振动模式，长声学支格波的特色是原胞内的不一样原子没有相对位移，原胞做整体运动，振动频次较低，它包括了晶格振动频次最低的振动模式，波速是一常数，任何晶体都存在声学支格波，但简单晶格〔非复式格子〕晶体都不存在光学之格波。何谓声子？听从何种统计散布规律？关于一给定的晶体，它能否拥有必定种类和必定数量的声子？声子就是晶格振动中的简谐振子的能量量子.它是一种玻色子，听从玻色－爱因斯坦统计。关于一给定的晶体，关于一给定的晶体，它所对应的声子种类和数量不是固定不变的，而是在必定的条件下发生变化晶格比热容的爱因斯坦模型和德拜模型采纳了什么简化假定？各获得了什么成就和限制性？在爱因斯坦模型中，假定晶体中所有的原子都以同样的频次振动。在德拜模型中，那么以连续介质的弹性波来代表格波以求出的表达式。爱因斯坦模型获得的最大成就在于给出了当温度趋近于零时，比热容亦趋近于零的结果，这是经典理论所不可以获得的结果。其限制性在于模型给出的是比热容以指数形式趋近于零，快于实验给出的以趋近于零的结果。德拜模型获得的最大成就在于它给出了在极低温度下，比热和温度成比率，与实验结果相符合。其限制性在于模型给出的德拜温度应视为恒定值，合用于所有温度区间，但实质上在不一样温度下，德拜温度是不一样的。5.声子碰撞时的准动量守恒为何不一样于一般粒子碰撞时的动量守恒？U过程物理图像是什么？它违反了广泛的动量守恒定律吗？声子碰撞时，前后的总动量不必定守恒，而是知足以下的关系式：hq1+hq2=hq3+hGn此中式中的Gn表示一倒格子矢量。关于Gn=0的状况，即有hq1+hq2=hq3在碰撞过程中声子的动量没有发生任何改变，这类状况称为正规过程，或N过程，N过程不过改变了动量的散布，而不影响热流的方向，它对热阻没有奉献的，关于Gn≠0的状况，称为翻转过程或U过程，其物理图像以以下图。在图中，q1+q2是向“右〞的，碰撞后q3是向“左〞的，进而损坏了热流的方向，所以U过程对热阻是有奉献的。U过程没有违反一般的动量守恒定律，因为声子不是实物量子，所以其知足准动量守恒关系。第四章能带理论固体能带理论作了哪些根本近似？绝热近似，周期场近似，单电子近似。写出Bloch电子的波函数表达式并说明其物理意义。布洛赫波函数表达式(r)eikruk(r)物理意义：在晶格周期性势场中运动的电子的波函数是平面波与周期函数的乘积，是按晶格周期调幅的平面波。4、简述近自由电子近似模型、方法和所获得的主要结论。5、简述紧约束近似模型的思想和主要结论。紧约束近似方法的思想：电子在一个原子〔格点〕邻近时，主要遇到该原子势场的作用，而将其余原子〔格点〕势场的作用看作是微扰，将晶体中电子的波函数近似当作原子轨道波函数的线性组合，这样能够获得原子能级和晶体中能带之间的关系。一个原子能级εi对应一个能带，不一样的原子能级对应不一样的能带。当原子形成固体后，形成了一系列的能带。能量较低的能级对应内层电子，其轨道较小，原子之间内层电子的波函数互相重叠较少，所以对应的能带较窄。能量较高的能级对应外层电子，其轨道较大，原子之间外层电子的波函数互相重叠许多，所以对应的能带较宽。能带的图示方法有哪几种，请以一维单原子链为例画出表示图。展区图法，简洁区图法和周期区图法三种；电子能带的三种图示第五章晶体中电子在电场和磁场中的运动试述晶体中的电子作准经典运动的条件和准经典运动的根本公式。2、什么是电子的有效质量？有何物理意义？有效质量：有效质量其实是包括了晶体周期势场作用的电子质量。物理意义：把晶体周期性势场的作用归纳到电子的有效质量中去，使得在引入有效质量以后，便可把运动复杂的晶体电子看作为简单的自由电子。简述空穴的观点及其性质.当满带顶邻近有空状态k时，整个能带中的电流以及电流在外电磁场中的变化相当于一个带正电q，拥有正质量Im*I、速度的粒子，这样一个设想的粒子——空穴性质：空穴拥有正有效质量，位于满带顶邻近，空穴是准粒子。v(k)解说导带、满带、价带和带隙试述导体、半导体和绝缘体能带构造的根本特色。在导体中，除掉完整充满的一系列能带外，还有不过局部地被电子填补的能带，后者能够起导电作用，称为导带。在半导体中，因为存在必定的杂质，或因为热激发使导带中存有少量电子，或满带中缺了少量电子，进而致使必定的导电性。在绝缘体中，电子恰巧填满了最低的一系列能带，再高的各带所有都是空的，因为满带不产生电流，所以只管存在好多电子，其实不导电。依据能带理论简述金属、半导体和绝缘体的导电性；金属：电子在能带中的填补能够形成不满带，即导带，所以它们一般是导体半导体：从能带构造来看与绝缘体的相像，但半导体禁带宽度较绝缘体的窄，依赖热激发即能够将满带中的电子激发到导带中，因此拥有导电能力。绝缘体：价电子恰巧填满了允许的能带，形成满带。导带和价带之间存在一个很宽的禁带，所以在电场的作用下没有电流产生。简述导带中的电子在外场作用下产生电流的原由，以及简述满带中的电子在外场作用下不产生电流的原由。导带中只有局部状态被电子填补，外场的作用会使布里渊区的状态散布发生变化。所有的电子状态以同样的速度沿着电场的反方向运动，但因为能带是不满带，逆电场方向上运动的电子许多，所以产生电流。有外场E时，所有的电子状态以同样的速度沿着电场的反方向运动。在满带的情况中，电子的运动不改变布里渊区中电子的散布。所以在有外场作用的情况时，满带中的电子不产生宏观的电流。第六章金属电子论写出晶体中电子听从的费米统计散布函数，并解说其物理意义。物理意义：热均衡下时，能量为E的本征态被电子占有的几率EF---费米能级(等于这个系统中电子的化学势)，它是温度T和晶体自由电子f(E)1总数N的函数。EEFekBT1从电子热容量子理论简述金属中的电子对固体热容的奉献。3、简述金属接触电势差的形成？两块不一样的金属A和B互相接触，因为两块金属的费米能级不一样，当互相接触时能够发生电子互换，电子从费米能级较高的金属流向费米能级较低的金属，使一块金属的接触面带正电〔电子流出的金属〕，使另一块金属的接触面带负电〔电子流入的金属〕，当两块金属抵达均衡后，拥有同样的费米能级，电子不再流动互换。所以在两块金属中产生了接触电势差。第七章半导体电子论1、什么是P型和N型半导体？主要含有受主杂质的半导体，价带一些电子被激发到受主能级中产生很多空穴〔P型〕自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。〔N型〕1、什么是直接带隙半导体和间接带隙半导体？导带边和价带边处于k空间同样点的半导体往常被称为直接带隙半导体。电子要跃迁的导带上产生导电的电子和空穴〔形成半满能带〕只需要汲取能量。导带边和价带边处于k空间不一样点的半导体往常被称为间接带隙半导体。形成半满能带不仅需要汲取能量，还要该改动量。2、为何半导体混杂能够提升其导电能力？理想的半导体资料是没出缺点或没有杂质，半导体中的载流子只好是激发到导带中的电子和价带中的空穴。对纯的半导体资料掺入适合的杂质，也能供给载流子。所以实质的半导体中除了与能带对应的电子共有化状态之外，还