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《固体物理》课程报告 本课程由五个章节组成，分别是： 一、晶体的X 射线衍射 二、晶体的结合与晶格振动 三、晶体的缺陷与运动 四、固体能带理论 五、碳团簇及沸石 第一章 晶体最基本的特点是晶体结构的周期性，其可借助于基元、布拉菲格子、基矢和原胞等 物理概念和术语来描述。 基元——组成晶体的基本结构单元 格点（结点）——晶体中代表基元的抽象点 布拉菲格子——格点在空间周期无规则的分布所排列形成的阵列 基元+布拉菲格子=晶体结构 原胞——组成晶体的最小周期平移单元 简单格子——组成晶体原胞的粒子只有一种且这些粒子的化学成分和所处的环境相同 晶列的取向可用晶列指数来标志。 倒格子——与布拉菲格子相对应的、长度倒数空间中的点阵。 倒格子空间中晶体电子的状态是波矢的周期函数，而且其能量还具有和晶体相同的对称 性。在二维情况下，布里渊区边界为所有倒格矢的中垂线。 简单方格子的倒格子是简单立方格子。距原点最近的6 个格点的倒格矢的中垂面围成第 一布里渊区。 面心立方格子的倒格子是体心立方格子，距原点最近邻的倒格子点有八个，次近邻的倒 格点有六个，这些倒格点到原点连线的中垂面围成面心立方格子的第一布里渊区。 每个布里渊区的体积等于一个倒原胞的体积。 晶体的对称操作可分为两类：平移对称和点对称操作。平移对称操作组成平移群，点对 称操作组成点群，两者结合起来构成空间群。 能填满整个平面的正多边形只有三角形、四边形和六边形。 七大晶系——按布拉菲格子的点对称性将布拉菲格子分为三斜、单斜、正交、三角、正 方、六方和立方七大晶系。 表示晶体中粒子紧密程度的物理量为配位数 密堆积共有两种堆积方式：六角密堆积和立方米堆积 具有密堆积结构的晶体，其原子间的作用力既没有方向性也没有饱和性。 计算X 射线衍射强度在空间的分布可分三步： 1、先计算被一个原子内的各个电子散射的电磁波的相互干涉，得到所谓的原子散射因子。 2、在计算一个晶胞内各原子散射波之间的相互干涉，由所谓的集合结构因子表达。 3、最后在考虑各晶胞散射波之间的相互干涉。 原子散射因子是晶体中的某一个组成原子对入射波散射本领的量度，它等于该原子内所 有电子在选定方向散射波的振幅的几何和与单一电子的散射波振幅之比。 几何结构因子——一个晶胞内所有原子沿选定方向散射波振幅的几何和与单个电子的 散射波的振幅之比。 劳厄法——用连续谱X 射线照射到固定不动的单晶体上进行X 射线晶体分析的方法。 转动单晶法——用单一波长的X 射线照射到绕某一轴旋转的单晶体上进行晶体结构分 析的一种方法。 第二章 晶体中粒子的相互作用可以分为吸引作用和排斥作用两类，前者是由于异性电荷间的库 伦引力，后者来源有二：一是同性电荷之间的库伦力，而是泡利原理所引起的排斥。 粒子晶体由两种电负性相差很大的原子所构成：一种原子很容易丢失电子，而另外一种 原子则有较强的获取电子的能力。 元素周期表中第Ⅰ族碱金属元素与第Ⅶ族卤元素形成的化合物所组成的晶体是典型的 离子晶体。 原子晶体——原子间通过共价键结合在一起形成的晶体。 共价键——指两个原子分别贡献数量相等的价电子组成共有的自旋相反的价电子对而 形成的化学键。共价键的基本特征：一是饱和性，二是方向性。 分子晶体——通过分子键结合在一起的晶体，分子键是由范德瓦尔斯力形成的化学键， 其很弱，没有方向性和饱和性。 格波——晶体中存在的角频率为ω的波动。 对于光学波和升学波有如下结论： 1 2 1）、声学波频率最大值为 （2β M ） （q = ± π 2a ）；最小值为0 （q → 0时）。 1 2 1 2 2）、光学波频率最大值为 （2β μ ） （q → 0时）；最小值为 （2β m ） （q = ± π 2a ）。