固体物理的研究内容

绪论固体物理的发展历史固体物理的研究对象固体物理的研究内容固体物理课程的章节安排教材和参考书目2021/5/91钻石：非洲之星二号自然状态的水晶规则的几何外形???自然界中的晶体2021/5/92“凡草木花多五出,雪花独六出”

---《韩诗外传》西汉雪花的六角对称性是其内部周期性结构的体现

---《六角雪花论》J.Kepler

（1611）

世界上没有两朵一样的雪花自然界中有没有5瓣的雪花？2021/5/931784年法国学者阿羽依晶体是由无数个具有多面体形状的原始“组成单元”在三维空间无间隙地平行堆砌而成

二十世纪以前，人们仅仅从材料规则的外形来推测材料内部的微观结构！五方对称性的雪花雪花晶体五方对称性的“组成单元”无间隙平行堆砌有没有办法看到晶体内部的结构呢？X射线衍射！2021/5/941895年：伦琴发现X射线。1912年：劳厄(M.vonLaue)，弗里德里希(W.Feriederich)，克尼平(P.Knipping)

晶体X射线实验，验证了晶体结构的周期性。NaClX射线衍射图样2021/5/95如何描述晶体内电子的运动呢？量子力学：描述晶体内微观粒子的运动规律晶体由大量的原子组成，1cm3含有1023个原子单个原子单电子薛定鄂方程描述原子之间、原子与电子之间、电子与电子之间都存在相互作用，多体问题严格求解不可能采取近似总结规律2021/5/96绪论固体物理的发展历史固体物理的研究对象固体物理的研究内容固体物理课程的章节安排教材和参考书目2021/5/97《固体物理》的研究对象物质的状态固态(晶体和非晶体)液态(液晶体和非液晶体)气态等离子态（是一种电离的气体，电离出来的自由电子和带电离子）玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC）凝聚态物理晶体的特点结构→长程有序（周期性）性能→

各向异性2021/5/98绪论固体物理的发展历史固体物理的研究对象固体物理的研究内容固体物理课程的章节安排教材和参考书目2021/5/99《固体物理》的研究内容晶体的结构和功能的关系力学、热学、电学、磁学、光学等（1）不同原子组成的晶体具有不同的性质。（同质异构体）

（2）同种原子按不同的排列方式组成的晶体具有不同的性质。

如硅和铜，都是面心立方结构，但性能上差别很大2021/5/910碳---奇妙的家族Carbon:

1s22s22p22021/5/911石墨

(Graphite)金刚石(Diamond)导电

疏松绝缘体

硬度高贵重SP2杂化SP3杂化2021/5/912RobertF.CurlH.W.KrotoR.E.Smalley

富勒烯(Fullerenes)1996年R.BuckminsterFuller(1895-1983)C60C70超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀2021/5/913布里渊(L.Brillouin)“《固体物理》主要是探讨具有周期结构特征的晶态物质的结构和性质的关系。”《周期结构中波的传播》---布里渊2021/5/914绪论固体物理的发展历史固体物理的研究对象固体物理的研究内容固体物理课程的章节安排教材和参考书目2021/5/915

周期性介质--晶体的结构（第一章）晶体中电磁波（X射线）的传播（第一章）晶体中的缺陷及其运动（第四章）晶体的结合方式（第二章）晶体中格波的传播(第三章)晶体中电子的德布洛意波的传播(第五章)自由电子论和电子的输运性质（第六章）2021/5/916绪论固体物理的发展历史固体物理的研究对象固体物理的研究内容固体物理课程的章节安排教材和参考书目2021/5/917参考书目《固体物理教程》王矜奉编著（山东大学出版社）《固体物理导论》基泰尔（C.Kittel)(化学工业出版社）《固体物理学》黄昆、韩汝琦（高等教育出版社）《凝聚态物理学》上卷冯端、金国钧高等教育出版社）《SolidStatePhysics》G.Grosso

、G.P.Parravicini(Elsevier)《固体物理学》（上），方俊鑫陆栋着，上海科学技术出版社，1980《固体物理基础》闫守胜编著，北京大学出版社，2001；

2021/5/918第一章晶体结构§1.1晶体的共性§1.2密堆积原子以怎样的排列方式堆积成晶体2021/5/919§1.1晶体的共性

长程有序------晶体最突出的特点至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。单晶体

(整体范围内原子都是规格排列)多晶体（由许多小单晶组成，在各晶粒范围内原子是有序排列的）2021/5/920§1.1晶体的共性自限性晶体所具有的自发地形成封闭凸多面体的能力称为自限性。这是晶体内部原子的规则排列在晶体宏观形态上的反映。2021/5/921§1.1晶体的共性晶面角守恒定律：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141º47´；a、c

间夹角总是113º08´；

b、c

间夹角总是120º00´。生长条件不同，同一种晶体的外形会有差异2021/5/922§1.1晶体的共性各向异性在不同方向上，晶体的物理性质不同。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。这时候晶体的有些物理常数不能用一个数值来表示，如弹性常数、压电常数，而要用张量来描述。2021/5/923§1.2密堆积

小球如何堆积成晶体？原子以怎样的排列方式堆积成晶体晶体有规则的外形原子内部规则排列将原子视为刚性的小球若晶体由同一种原子组成有哪些排列的方式？2021/5/924简单立方如食盐晶体，立方结构在一个平面内最简单的规则排列是正方排列层层重合堆积起来红点代表球心8个原子位于立方体的8个顶点上2021/5/925如何描述原子排列的紧密程度？配位数:一个原子周围最近邻的原子数是否有更密的排列方式？6简单立方的配位数是几？2021/5/926体心立方在体心再放入一个原子体心处的原子跟顶角上的8个原子相切配位数是：8是否还有更密的排列方式？2021/5/927BA一个层内先密排----层与层再密排原子要构成最紧密的堆积方式，原子球必须与同一平面内相邻的6个原子相切C再放一层原子：原子球心必须与相邻原子层的空隙相重合2021/5/928六角密积AB

第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号1,2,3,4,5,6。第二层：占据1,3,5空位中心。

第三层：在第一层球的正上方形成ABABAB······排列方式。配位数-12（最紧密的排列）第一种排列方式2021/5/929立方密积BA第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号为1,2,3,4,5,6。第二层：占据1，3，5空位中心。C

第三层：占据2，4，6空位中心，按ABCABCABC······方式排列，形成面心立方结构，称为立方密积。配位数-12（最紧密的排列）另一种排列方式2021/5/93