固体物理学 第一章晶体结构：1一些晶格的实例（东北师大课件）.ppt

1、1-1一些晶格的实例(掌握)1-2晶格的周期性(掌握)1-3晶向、晶面和它们的标志(掌握)1-4倒格子(掌握)1-5晶体的宏观对称性(理解)1-6点群(理解)1-7晶格的对称性(理解)1-8晶体表面的几何结构(介绍)1-9非晶态材料的结构(介绍),第一章晶体结构(crystalstructure),1-1一些晶格的实例(samplesoflattice),主要内容1.1简立方晶格结构(cubic)1.2体心立方晶格结构(Body-centeredcubic)1.3密堆积结构(closepacked)六角密排(Hekagonasclosedpacked)面心立方(Face-centeredcub

2、ic）1.4金刚石结构(Diamond)1.5化合物的晶格结构(NaCl,CsCl,),基本概念,晶格(lattice)是指晶体中原子排列的具体形式。,具有不同晶格是指原子规则排列的形式不同；具有相同晶格是指原子排列形式相同而原子间距不同。（例如：Cu和Ag，Ge和Si）,两个世纪以前,目前,Q：多个原子是如何构成一个晶格的？,简立方结构图示,原子看作刚性小球，则一个平面内最简单的规律排列方式是正方排列,原子球在一个平面内呈现为正方排列,平面的原子层叠加起来得到简单立方格子,简单立方（钋，Po）,体心立方body-centeredcubic(bcc),e.g.,Fe,Na,K,U,Exampl

3、e,简单立方晶格sc,体心立方晶格bcc,LiNaKRbCsFe,面心立方晶格fcc,体心立方结构图示,体心立方原子球排列方式表示为ABABAB,若将体心立方结构分为A层和B层结构，则体心立方结构可看成ABAB的堆积结构(设原子球半径为r0)。,结论：体心立方晶格一个平面内的原子球并不是最紧密排列。,=0.31r0,几种常见的晶体结构,一维,二维,二维密排堆积,二维正方堆积,小结,a.较松散的堆积,体心立方（body-centeredcubic,bcc）堆积,简单立方（simplecubic,sc）堆积,典型晶体：Li、Na、K、-Fe,三维,最紧密的堆积方式,堆积密排面的方式,最紧密堆积原则

4、：相邻原子层必须也是密排面，且每个球心与邻层的空隙相对应，即每个球与邻层的三个球相切,最紧密堆积的类型,A型空隙,型空隙,每次填充同一种类型空隙,交替填充型和型空隙,六角密堆结构,立方密堆结构,又称面心立方结构,六角密堆结构密堆积示意图,堆积方式:堆积密排面时,交替填充型空隙和型空隙.,六角密排结构密堆积模型,六角密排结构动态演示,六方密排密堆积结构中:,面心立方密堆积结构示意图,立方密排结构,面心立方结构侧面示意图,面心立方结构密堆积模型,对比,沿,体对角线方向,观察,可看到面心立方结构的密堆积结构.,G,G,面心立方结构动态演示,补充：晶体的配位数,定义：一般用一个粒子的周围最近邻的粒子数

5、描写晶体中粒子排列的紧密程度，这个数称为配位数。,O,1,2,3,简立方结构配位数,O,最近邻原子数为6,配位数为6,1,体心立方结构配位数,配位数为8,面心立方结构配位数,配位数为12,六角密排结构的配位数,配位数为12,1、粒子排列越紧密，配位数应该愈大；,2、一般最紧密的堆积称为密堆积结构，即密堆积结构具有最大配位数.,结论,配位数(注意是针对原子而不是格点而言),最近邻：离某一原子最近的原子，称为该原子的最近邻*不必是同种原子，但距离相同配位数：最近邻的原子数*描写原子排列紧密的程度*最大配位数=12(密堆积)：每个原子与同层六个原子相切；上下两层各与三个原子相切*由于对称关系，没有1

6、1，10，9，7，5的配位数*因此，可能的配位数依次是12；8；6；4；3；2*计算时需要将原胞沿基矢正负方向各延伸一个周期,闪锌矿结构（立方ZnS结构）,两种原子都各自形成面心立方结构*配位数4,简立方结构空间占有率,体心立方结构空间占有率,面心立方结构空间占有率,六角密排结构空间占有率,不同结构的空间占有率比较,一种重要的晶体结构金刚石结构,碳原子构成的一个面心立方原胞内还有四个原子，分别位于四个空间对角线的14处,金刚石结构:半导体晶体,Ge、Si等,一个碳原子和其它四个碳原子构成一个正四面体,金刚石结构,Diamond,Graphite,几种化合物晶体的晶格,1)NaCl晶体的结构,氯

7、化钠由Na+和Cl结合而成一种典型的离子晶体,Na+构成面心立方格子；Cl也构成面心立方格子,2)CsCl晶体的结构,CsCl结构由两个简单立方子晶格彼此沿立方体空间对角线位移12的长度套构而成,CsCl晶体,ZnS晶体的结构闪锌矿结构,立方系的硫化锌具有金刚石类似的结构,化合物半导体锑化铟、砷化镓、磷化铟,闪锌矿结构的示意图,钙钛矿结构,钙钛矿结构钛酸钙（CaTiO3）结构,重要介电晶体钛酸钡（BaTiO3）锆酸铅（PbZrO3）铌酸锂（LiNbO3）钽酸锂（LiTaO3）等,晶格由Ba、Ti、OI、OII、OIII各自组成的简立方结构子晶格套构而成,钙钛矿结构氧八面体的排列,钙钛矿型的化学

8、式可写为ABO3A代表二价或一价的金属B代表四价或五价的金属BO3称为氧八面体基团,是钙钛矿型晶体结构的特点,方解石结构,方解石(CaCO3)属三方晶系，其结构相当于一个沿三次轴压扁了的NaCl结构，每个Na离子被Ca离子取代，而每个Cl离子被原子团(CO3)2-取代。每个Ca2+的周围有个(CO3)2-，每个(CO3)2-周围有六个Ca2+。各个(CO3)2-中O2-排列成三角形，C4+处于三角形的空隙中，各(CO3)2-三角形平面均垂直于三次轴。,纤维锌矿结构,纤维锌矿（六角硫化锌，-ZnS）结构属六方晶系。纤维锌矿晶格与闪锌矿晶格的区别并不是很大。在纤维锌矿晶格内，S原子位于一个六方密堆积晶胞的各格点