固体物理-第一章 晶体结构.ppt

《固体物理》 前 言 主要内容：晶体结构、晶格动力学、能带理论、半导 体、电介质、固体磁性和超导性方面的基础理论。 重要性：拓宽知识面，为研究和开发新型功能 材料打 下理论基础。 预修课程：量子力学，统计力学，大学物理，材料科 学基础。 教材与参考书： 1.吕世骥，范印哲编 《固体物理教程》， 北大出版社 2.黄昆原著，韩汝琦改编 ,《固体物理》，高教出版社 3.徐婉棠，吴英凯编, 《固体物理学》，北师大出版社 4.J.R.Hook, H.E.Hall, Soild State Physics, University of Manchester 第一章 晶体结构与特性 1.1.晶体的宏观特征 1.2.晶体微观结构 1.3.晶向与晶面 1.4.晶体的宏观对称性 1.5.倒易点阵 1.6.晶体衍射简介 第一章 晶体结构与特性 1.1. 晶体的宏观特征 1.1.1.晶体与非晶体 1.晶体 粒子（原子，离子或分子）在空间周期性地长程有序排列的固体。 2.非晶体 粒子（原子，离子或分子）在空间无长程序排列的固体。  1.1. 晶体的宏观特征 1.1. 晶体的宏观特征 1.1.2.晶体的宏观特征 1．自范性 生长良好的单晶以平面 作为它与周围物质的界面， 而呈现凸多面体。  1.1.晶体的宏观特征 2．晶面角守恒 对于一定类型的晶体 来说，不论外形如何， 其外表的晶面间总有 一特定的夹角。 a , b面, b,c面，a , c面, 三个夹角 分别为，141°47’, 120°00’, 113°08’ 1.1.晶体的宏观特征 3. 解理性 晶体受外力作用时，具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质。 4．各向异性 晶体的宏观性质随其方向而异。 5．均匀性 晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异。 1.1.晶体的宏观特征 6．对称性 晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象。 7．最低内能 从气态、液态、非晶态到晶态都要放热。反方向的变化都要吸热。 1.1.晶体的宏观特征 8．熔点固定 1.2.晶体微观结构 1．2．1．晶格与空间点阵 1．晶格 晶体中的原子都是周期性地 长程有序地排列的，如果假 想用直线联结原子的中心则 会组成一个空间格子，我们 把它叫做晶格。 2．空间点阵 把实际晶体中的 原子、分子 或原子集团(基元)的几何中心 抽象为一个几何点，那么，这 些几何点的集合就是空间点阵。点阵是一个几何概念。 1.2.晶体微观结构 1.2.2.原胞与晶胞 1. 基矢与原胞(或初基胞) i.基矢 在晶格中以某原子中心为原点，向与之最近的3个原子中心所做的3个不共面的矢量a1, a2, a3，叫做基矢。基矢是最小的格矢。通过基矢的平移操作可以构成空间点阵。不同的晶体结构有不同的基矢。 ii.原胞 以3个基矢为棱边构成的平行六面体就是原胞。它是晶体中最小的平行六面体重复单元。 1.2.晶体的微观结构 2．晶胞 以晶体对称性为标准以某晶向a,b,c为轴选取的重复单元。它的大小可以是原胞的一倍或几倍。 1.2.晶体的微观结构 1.2.3.布喇菲格子与复式格子 1.布喇菲格子（简单晶格） 每个原胞只有一个原子的晶格。 2.复式格子 每个原胞有2或2个以上原子的 晶格。 复式格子是由两个或两个以上的相同 布喇菲格子套构而成的。 1.2.晶体的微观结构 1.2.4.几种常见的晶体结构 简单立方 以晶胞的晶轴为坐标， 则基矢： a1=ai, a2=aj, a3=ak, ai : 基矢；a：晶格常数, i,j,k：晶胞的单位矢量 晶胞体积V=a3 原胞体积V’= a3 一个晶胞含1个原子 1.2.晶体的微观结构 2.体心立方 以晶胞的晶轴为坐标， 则基矢： a1=0.5a(-i+j+k) a2=0.5a(i- j+k) a3=0.5a(i+ j-k) a: 晶格常数, i,j,k：晶胞的单位矢量 一个晶胞含2个原子 晶胞体积V=a3 原胞体积V’=a3/2 1.2.晶体的微观结构 3.面心立方 以晶胞的晶轴为坐标， 则基矢：基矢： a1=0.5a(j +k) a2=0.5a(i +k) a3=0.5a(i +j) a: 晶格常数, i,j,k：晶胞的单位矢量 一个晶胞含4个原子 晶胞体积V=a3 原胞体积V’=a3/4 1.2.晶体的微观结构 4.氯化铯结构 氯离子和铯离子各组成 相互重合的简单立方， 然后再把它们沿体对角 线移动1/2体对角线长度。 复式晶格。 属于简单立方。 1.2.晶体的微观结构 5. 氯化钠结构 氯离子和钠离子各