固体物理知识总结.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,二、晶体的微观结构,1.空间点阵（布拉菲格子）,基元、空间点阵,、,布拉菲格子、格点、单式格子、复式格子,晶体结构,基元,空间点阵,布拉菲格子（,B,格子）空间点阵,复式格子晶体结构,复式格子,B,格子,2.元胞,初基元胞、基矢、,格矢、威格纳赛兹元胞（,WS,元胞，对称元胞）、,3.惯用元胞和轴矢,惯用元胞、轴矢,三、常见晶体结构举例,致密度,（,又称空间利用率）、配位数、,密,堆积,1.简单立方（,sc）,配位数6，惯用元胞包含格点数=1,惯用元胞包含格原子数=1,2.面心立方（,fcc）,配位数12，惯用元胞包含格点数4,惯用元胞包含格原子数=4,3.体心立方（,bcc),配位数8，惯用元胞包含格点数2,惯用元胞包含格原子数=2,4.金刚石结构,B,格子是,fcc，,惯用元胞包含格点数4,基元内原子数2（同种元素）,惯用元胞包含原子数2,x4=8,配位数4,5.闪锌矿结构（立方硫化锌结构）,B,格子是,fcc，,惯用元胞包含格点数4,惯用元胞包含原子数8,配位数4,6.氯化铯（,CsCl),结构,B,格子是,sc，,惯用元胞包含格点数1,惯用元胞包含原子数2,配位数8,7.,NaCl,结构,B,格子是,fcc，,惯用元胞包含格点数4,惯用元胞包含原子数8,配位数6,8.六方密排结构（,hcp),基元内原子数2,惯用元胞体积是初基元胞体积的3倍,配位数=12,8.纤维锌矿结构（六角硫化锌结构）,两个,hcp,套构而成,9.钙钛矿结构,钙钛矿结构由五个,SC,子格子套构而成,四、晶体结构的对称性,1.基本点对称操作,（1）,旋转操作：,晶体只有1，2，3，4，6五种转轴，常用,C,1,，C,2,，C,3,，C,4,，C,6,表示,（2）,中心反演对称性(用,i,表示),（3）,镜象操作用,表示,（4）旋转反演操作（象转操作）,2.,分数周期平移,T/n,（1）,n,度螺旋轴,U,（2）,滑移反映面,五、,晶向指数和晶面指数,1.格点指数,2.晶向指数,3.晶面指数（密勒指数）,六角晶系的四指数表示。,六、,倒格子与布里渊区,1.,倒格子：,（1）定义,（2）倒格子的重要性质（正倒格子间的关系）,2.,布里渊区（,B.Z）,七、晶体,x,光衍射,1.决定散射的诸因素,（1）原子散射因子,（2）几何结构因子,2.,衍射极大的条件（必要条件）,即当,kk,0,SG,h,时，,所有元胞间的,散射光均满足相位相同的加强条件，产生衍,射极大。（反射球）,4.,消光条件,第二章 晶体结合,一、原子的负电性,负电性常数（电离能亲和能）,电离能：,让原子失去电子所必需消耗的能量,亲和能：,处于基态的中性气态原子获得一个电子所放出的能量,负电性大的原子,，,易于获得电子,负电性小的原子,，,易于失去电子,二、离子结合,三、共价结合,共价键的特性：,饱和性、方向性,四、金属结合,五、范德瓦尔斯键结合,六、氢键结合,第三章 晶格振动,一、,一,维单原子晶格的振动,1.,物理模型,2.,近似条件：近邻作用近似、简谐近似,3.分析受力：牛顿方程,4.,定解条件玻恩卡曼,（,Born-Karman）,周期性边界条件,（1）格波,（2）色散关系,（3）,q,的取值,（4）,格波数（模式数）,（5）通解,二、一维双原子链的晶格振动,1.模型与色散关系,2.关于声学波和光学波的讨论,（1）格波数,允许的波矢数晶体的初基元胞数,格波总数晶体振动的总自由度数,（2）,长波极限,声学格波描写元胞内原子的同相运动，,光学格波描写元胞内原子的反相运动,。,两支格波最重要的差别：,分别描述了原子不同的运动状态,（3）,q,趋近第一布里渊区边界,在第一布里渊区边界上，存在格波频率,“,间隙,”,。,声学支格波仍描述元胞内原子的同相整体运动；光学支格波仍描述元胞内原子的反相运动,3.三维晶格振动,（1）原子振动方向,（2）格波支数,一维,单,原子链：仅存在,一支格波,，且为,声学格波,。,一维,双,原子链：存在,两支格波声学波，光学波,。,一维,S,原子,链：存在,S,支格波,其中,一支声学波,，,S 1,支光学波,三维,晶体,：元胞的,总自由度数为3,S,则晶体中,原子振动可能存在的运动形式就有3,S,种，用3,S,支格波来描述,。其中在三维空间,定性地描述元胞质心运动的格波应有3支,，也就是说,应有3只声学格波,，其余,3（,S-1）,支则为光学格波,。,（3）,格波数,三维,晶格：,3,S,支格波,，,一个,q,对应3,S,个,值，,即对应3,S,个格波,，允许的,q,取值数仍为初基元胞,数,N，,则,共有3,NS,组（,i,q）,数组，晶体中有,3,NS,个格波,。,格波数晶格的总自由度数3,NS,（4）,波矢取值,（5）格波的态密度函数,三、晶格振动量子化与声子,1.晶格振动和谐振子,2.能量量子和声子（量子力学修正）,3.平均声子数,四、,晶体的比热,1.,Einsten,模型,2.,Debye,模型,3.,实验和理论的比较,五.非简谐效应,1.,U,过程与,N,过程；,2.热膨胀;,3.热传导.,第四章 固体能带论,基本近似：绝热近似、单电子近似,一、,固体电子的共有化和能带,二、,布洛赫（,Bloch）,定理,1.,布洛赫定理,：,表述及讨论,2.,Bloch,定理的证明,3.布洛赫定理的一些重要推论,4.能态密度,三、近自由电子模型,1.索末菲（,Sommerfeld）,模型,（1）自由电子(半量子)模型,（2）,自由电子费米（,Femi）,气模型,2.,近自由电子模型,（1）,定态非简并微扰,（2）,定态简并微扰,（3）能隙产生的物理解释,（4）,近自由电子的状态密度,四、,紧束缚模型,采用通过孤立原子的电子波函数的线性,组合构成晶体电子波函数的方法，这种方法,常称为原子轨道线性组合法（,LCAO）。,五.克龙尼克潘纳（,Kronig-Penney）,模型,六、电子的有效质量,1.电子的速度,2.电子的准动量,3.晶体中电子的有效质量张量：推导及讨论,七、晶体中的电流,1.能带中的电流,满带不导电，不满带才可导电,2.空穴,3.,导体、绝缘体和半导体,八、电阻的起因,晶体的电阻来源于广义缺陷与,Bloch,电子,的作用，即声子、杂质、缺陷、边界对载流,子的散射,九、硅和锗的能带结构,1.能带的简并,2.,k,空间等能面,3.回旋共振,4.硅和锗的导带结构,5.硅和锗的价带结构,第五章,晶体缺陷,5-1 点缺陷,一、点缺陷的类型,（,1,）,肖脱基（,Schottky）,缺陷,（2）,费伦克尔（,Frenkel,）,缺陷,（3）,间隙原子缺陷,（4）,色心,二、杂质原子,施主、受主杂质的能级,5-2 线缺陷,位错,一、位错的基本类型,“,刃位错,”和“,螺位错,”,刃型位错的特点是位错线,垂直,于滑移矢量,b,；,螺型位错的特点是位错线,平行,于滑移矢量,b,。,位错线的特征,二、位错的运动,位错的滑移,位错的攀移,5-3 面缺陷与体缺陷,一、层错（,堆垛层错）,二、晶界,三、小角晶界,四、体缺陷（,包裹体）,5-4 晶体中的扩散,一、扩散的宏观定律,1.费克（,Fick）,定律,稳态,费克第一定律,非稳态费克第二定律,2.费克方程的解,（1）稳态扩散,（,2,）非稳态扩散,（,a,）,恒定源扩散,（,b）,恒定表面浓度的扩散,二、扩散的微观机制,三、（空位）扩散系数,