[理学]固体物理第1章.ppt

固体物理学导论基特尔 绪 论 一.关于教材 这门课选用的教材是基特尔著《固体物理学导论》（第七版）。这本教材的特点是全书有一个统一的指导思想、有一个统一的线索将所有内容串连起来，这条线索就是周期结构中的波动过程。 绪 论 二、固体物理学的发展 现代固体物理学大致建立于本世纪三十年代，在此之前，已经在下述四个方面为固体物理学的创建作了准备： 1、有悠久历史的晶体学的研究 2、固体比热理论的建立 3、关于金属导电的自由电子理论 4、关于铁磁性的研究  绪 论 三、主要内容 固体物理是研究晶体结构和晶体中原子、电子运动规律的学科。 绪 论 不能根据固体的外形特点来判断一种固体是否是晶体，应当根据固体内部原子排列的规律性来判断一种固体是否是晶体。若一种固体在微观大范围内（微米数量级）原子的排列是有规律的、周期性的则称为晶体，反之则不是晶体。 绪 论 晶体有单晶和多晶之分，若将晶体分裂成尺寸为微米数量级的颗粒，这些颗粒称为晶粒。 在晶粒内部原子的排列是有一定规律的，晶粒之间的排列是混乱的，这样的晶体称之为多晶体。 若整个晶体中原子的排列是遵守同一规律，这种晶体称为单晶体。 绪 论 晶体是由相同的结构单元组成的，固体物理研究的对象是理想晶体，即在晶体中原子的排列遵从完全的严格的周期性。 绪 论 ? 晶体内部原子的排列在任何地方都不会破坏它的周期性。若某个原子的位置与周期性发生了偏离就称为缺陷，这也就是说，理想晶体是无缺陷、杂质的完整晶体。 绪 论 ? 理想晶体在各处应遵从同一的周期性，即在边界上的原子也应有这样的周期性。但实际晶体边界上的原子与内部原子的周期性是不一样的。因此理想晶体应该是无边界的其周期性是无限延伸的，不会在任何地方终止。 绪 论 只有充分研究了理想晶体以后，才能研究晶体的缺陷、杂质以及非晶体等。我们这门课所研究的对象是理想晶体。 参考书目 1.基特尔著 科学出版社《固体物理学导论》（第五版）中译本 2. 黄 昆原著，韩汝琦改编《固体物理学》 高教出版社3.顾秉林 王喜坤编《固体物理学》 清华大学出版社4.陈 洗编《固体物理基础》华中理工大学出版社5.刘友之等编《固体物理习题指导书》6.Ashcroft et. al “ solid state Physics” 第一章 晶体结构 §.原子的周期性列阵 1.点阵和基元 晶体就是原子或原子团在三维空间无限地排列起来的列阵。它的基本特点就是原子或原子团排列的周期性。从这个意义上来讲，晶体结构实际上就是周期结构。固体物理的研究对象是周期结构，怎样分析和处理一个周期结构就是本章要解决的问题。 第一章 晶体结构 若有一个由五角星排列成的二维周期结构： 第一章 晶体结构 点阵是周期结构中等同点的几何抽象，点阵所描写的或所代表的仅仅是晶体结构的周期性质,点阵并不同于周期结构本身，只有把物理实体以相同的方式放置在点阵的阵点上（方位要相同）才能形成周期结构。 第一章 晶体结构 现在我们回到晶体结构的研究上来，若有一个二维的晶体结构是由下列原子团重复堆积而成： 第一章 晶体结构 基元就是构成晶体结构的原子或原子团，基元以相同的形式排列在空间就构成了晶体结构，基元可以是一个原子，也可以是成千上万个原子或原子团以及分子组成的。 第一章 晶体结构 点阵是在空间规则地排列着的点的列阵。它是晶体结构中等同点的几何抽象，从点阵中的任一个阵点去观察，周围的阵点的分布情况和方位是一样的。 第一章 晶体结构 点阵是为了描写晶体结构的周期性从具体晶体中抽象出来的一系列规则排列的点的列阵，基元是组成晶体的具体的原子或原子团，是实实在在的物理实体，基元以相同的方式，即在点阵的阵点上进行重复才能得到晶体结构，这可以归纳为一个公式： 点阵 ＋基元 ＝ 晶体结构 第一章 晶体结构 2.点阵平移矢量 若有一个二维晶体如下图： 第一章 晶体结构 为了描写一个点阵，在二维情况下可以选取任意两个不共线的基本矢量，由这两个基本矢量的整倍数的和可以确定点阵中任意一个阵点的坐标 （或点阵矢量）： R = ua + vb (u、 v 为整数） 这两个基本矢量a、b就叫作这个点阵的初基平移矢量，简称基矢。 第一章 晶体结构 对于一个三维点阵，我们可以选取不共面的