固体物理第一章1选编.ppt

第一章　晶体的结构; 在固体物理学中, 固体结构指的是——晶体结构(crystal structures)。;§1.1 晶体的共性 ; 晶体分单晶体和多晶体 单晶体( Single Crystal ) 原子排列的周期性是在整个固体内部存在的；无限大的严格的单晶体可以看成是完美晶体。 多晶体( Multiple Crystal ) 由很多不同取向的单晶体的晶粒组成的固体；仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。 ; 如：雪花晶体大多为六角形，由于空气中所含水汽多少不同和温度高低等不同，所形成的雪花形状也不同。;又如：岩盐（氯化钠）晶体的外形可以是立方体或八面体，也可能是立方和八面的混合体，如图所示。 ;晶体形态的形成取决于多种因素：温度、压力、化学环境等。 晶体的形态给出了晶体中原子排列的线索。 确定晶体的结构需要更为精确的方法，最常用的就是X-ray衍射。 为什么X-ray衍射能确定晶体结构？;二、解理性(Cleavage) 　　;有些晶体的解理性比较明显： 如NaCl晶体等，它们的解理面常显现为晶体外观的表面。;三、自限性;晶带：单晶体的晶面排列成带状，晶面的交线（称为晶棱）互相平行，这些晶面的组合称为晶带。晶棱的方向称为带轴。;五、晶面角守恒定律;例如：对于石英晶体，在上图中所示的mm两面间的夹角总是60o0,mR 两面间的夹角总是38o13,mr两面间的夹角总是38o13。;一、空间点阵(晶格)定义 晶体的内部结构概括为是由一些相同的点子在空间有规则地作周期性的无限分布，这些点子的总体称为点阵(晶格)。;2.基元：一种或数种原子构成的基本的结构单元，结点可代表基元中任意的点子，通常代表基元的重心。;晶体结构 ＝ 晶体点阵 ＋ 结构基元;二、布喇菲格子（ Bravais lattice）;布拉菲格子是矢量;;原胞：长为a的一根直线段，一类原子在其两端点，其余原子在线段上。 每个原胞含n个原子。 周期性： Γ(x+na) = Γ(x); 在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周期为边长形成的平行六面体作为重复单元，这个平行六面体沿三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格，形成晶体，这个平行六面体即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为原胞的基本平移矢量，简称基矢。;特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。它反映了晶体结构的周期性。;　　原胞的选取是不唯一的，原则上讲只要是最小周期性单元都可以，但它们的体积都相等。实际上各种晶格结构已有习惯的原胞选取方式。;基矢：结晶学原胞的基矢一般用 表示。;2.常用原胞的基矢关系;　 原胞体积：Ω=a3 。 　　自然界中几乎没有哪一种晶体原子是按简立方排列，却有不少复式格子的晶体可以看作是由简立方结构的子晶格嵌套而成的。 　 后面将要介绍的氯化銫结构即为一典型的例子。;体心立方晶格的立方体单元不是最小的周期性单元。;;(3)面心立方 　　面心立方也是一种布拉菲格子，晶胞三个基矢大小相等。因为处于面心的原子与处于顶角的同种原子是完全等价的。通常取原胞基矢（如图）为：;平均每个布喇菲原胞（晶胞）包含4个格点。;; (1)氯化钠结构（碱金属卤化物晶体）;　　氯化铯（CsCl）晶胞是复式格子，与体心立方相仿，只是体心位置为一种离子， 顶角为另一种离子。;注意： 　　按固体物理的观点，复式格子总是由若干相同结构的子晶格互相位移套构而成，说结构，取原胞都是对布喇菲格子而言。;　　重要的半导体材料锗和硅具有这种形式的结构。 结构特点： 　碳原子除去占有立方体的顶角与面心外，还有四个碳原子分别占据四条体对角线上距顶角　 　处，即对角线长度的1/4处，a为立方单元边长。 ;　每个原子有四个最近邻，这四个最近邻原子处在正四面体的顶角上，这是金刚石结构的一个突出特点。 　最近邻原子间的距离是体对角线长度的1/4。;金刚石结构可看作两个面心立方子晶格沿立方体对角线平移1/4对角线长度相互穿套而成。（位于立方体顶角与面心的原子等价，位于体对角线上的原子也是等价的。） 金刚石的布拉菲格子是面心立方结构；一个晶胞内包含8个原子。 固体物理学原胞的取法同