固体物理往年试题

固体物理往年试题
固体物理往年试题

卷 A 学期: 2011 至 2012 学年度 第 1 学期

一、Fill in the blanks with the proper concepts and formula for the contents of Chapter I.

The volume 体积 of a parallelepiped 平行六面体 with axes 轴

is defined 定义 by : ;

Please write out the five 2D Bravais lattices 布拉维格子 as : 正方晶格、六角晶格、长方晶格、有心长方晶格和斜方晶格

;

The possible 14 primitive cells 原胞 are : 简单三斜晶格、简单立方晶格、体心立方晶格、面心立方晶格、三角晶格、六角晶格、简单单斜晶格、底心单斜晶格、简单正交晶格、底心正交晶格、体

心正交晶格、面心正交晶格、简单四角晶格和体心四角晶格

;

For the plane whose intercepts are 4,2,3, the reciprocals 倒数 are 1/4、1/2、1/3 ,the smallest three integers 整数 having the same ratio 比率 are 3、6、4 .

The cube faces of a cubic crystal 立方晶体的立方体面are

二、 Expression and the calculation for the contents of Chapter II.

1)Please write out three vectors 向量 of the reciprocal lattice 倒格子: 321,,b b b

.by using vectors 321,,a a a

b1=(2π)·(a2*a3)/(a1·(a2*a3)) b2=(2

π)·(a3*a1)/(a1·(a2*a3)) b3=(2π)·(a1*a2)/(a1·(a2*a3))

2) Calculate 计算 the volume of the primitive cell of fcc lattice 面心立方晶格:

晶格基矢k a c ,j a b ,i a a

体积V=3

).(a c b a

原胞基矢)(2

),(2),(2a 321j i a a i k a a k j a

体积4

a )a a .(a 3321

三、 Derivation for the contents of the contents of Chapter III.

Please derive out the van der Waals-London Interaction 范德瓦尔斯伦敦相互作用 from the linear harmonic oscillators model.线性谐振子模型

解:作为一个模型,考虑两个值距为R 的全同线性谐振子1和2,每个振子带有一个正电荷(+e )和一个负电荷(-e ),正负电荷之间的距离分别为X1和X2,粒子沿X 轴振动,动量分别用R1和R2表示,力常量为C 。在未受个数扰作用时,该系统的哈密顿量为:

3

21,,a a a

2

222212102

1212121y CX p m CX p m l

令1y l 表示两个振子之间的库伦相互作用能,核间坐标为R ,于是有

2

2

1221221y X R e X R e X X R e R e l

在R X X 《21的近似下,将上式展开,使得到最低级近似表达式为3

2

1212y R X X e l

通过简正模变换:)(21);(212121s X X X X X X a

并解出X1和X2:)(2

1);2121a s a s X X X X X X

( 同时取1y l 的近似形式,是系统的中哈密顿量对角化,可以得出这两种模式相联系的动量Ps 和Pa,P1)(2

1

2),21Pa Ps P Pa Ps

( 则总哈密顿量可以写成])2(21m 21])2c (2121[y 2322

232210Xa R

e c Pa Xs R e Ps m yl yl l 【 可得来。。振子的两个频率为W=...]2(81)2(211[]/)2[(2

323202

132 )R

e R e W m R e c

其中,W0=(c/m)^(1/2)

该系统的零点能量为)s 2

1

Wa W ( 由于存在相互作用,这个值比未。。的值2-1/2V W 低△0

△V=))2(81.0)a s 216232R

A R e W W W △(△

四、Expression and the explanation f o

r the contents of Chapter IV.

1) Please write out the dispersion relation 色散关系of ω(q) for two atoms 原子 Per Primitive Basis 每个原始依据 , and explain the physical meaning of the formula 公式..

五、 Concepts and the derivation for the contents of Chpater V.

1) What is the Debye model 德拜模型 and Debye T 3

lawT3法? What is the concept 概念 of Debye temperature ?

2) Please derive the Density of State in Three Dimension 三维状态密度.

六、Derivations for the contents of Chapter VI.

1) Please derive the formula 公式 of energy levels of free electrons 自由电子的能量水平 in one dimension 维.

2) Please derive the the Hall coefficient 霍尔系数of Hall effect.

七、Explanation and derivation for the contents of Chapter VII.

Please explain the origin of the energy gap , and write out the free electron bands for [110] direction of wavevector space.

Solution:olthe origin of the energy gap is the two standing waves and pile up electors at different regions

and therefore the two waves have different values of the potential energy ,Ihtsis the origin

of the energy gap.

2)the free electron bands for [110] direction of wavevetor space is Energy band Ga/2π (000) (y x k k 0) 1 000 0 2

2k y x k

2,3 100,100

2)/2a π( y x 22

k 2k π)( 4,5,6,7 010,010,001,001

2)/2a π( 8,9,10,11 110,101,110,101

12,13,14,15 110,101011011,,

16,17,18,19 110,101,110,011

八、Concepts and the explanation for the contents of Chapter VIII.

1) A hole acts in applied electric and magnetic fields as if it has a positive charge +e. The possible reasons in five steps are:

Solution :1),k e h k the electrons in the full band the total wave vector is zero:0k

2).()k e h h

)(k e let the valerve band energy zero point in the conduction band above

3),h e V V the velocity of the hole is equal to the velocity of the missing electron. 4),m e h m the effective mass is inversely propertional to the crrvature

,/d 22dk and for the hde band ,

this has the opposite sum to that for an electron in the valence band.

5)),1(dk XB V c E e dt h h this come from the equation of motion ),1

(-dk e XB V c

E e dt h

2) Please explian the physical meaning of energy-k relation of following three semiconductor materials 半导体材料 .

卷 B

学期: 2011 至 2012 学年度 第 1 学期

一、Fill in the blanks with the proper data or concepts in Chapter I.

Solid state physics largely concerned 主要关注: (1)crystals 晶体 (2) electrons in crystals ;

Atoms

density

3

23/10cm atoms n a

3

29~28/10cm electrons n e ;

Translation vector 平移矢量: 3 translation vector vs a1、a2、a3 /

332211u a u a u a T

The volume of a parallelepiped 平行六面体 with axes is : )a a .(a 321

The posibble five 2D Bravais lattice are : 正方晶格、六角晶格、长方晶格、有心长方晶格和斜方晶格 ;

Seven lattice system are : 三斜、单斜、正交、立方、四角、六角和三角晶系 ;

For the plane whose intercepts are 3,1,2, the reciprocals are 1/3、1/1、1/2 , ,the smallest three

integers having the same ratio are ( 263 ) .

321,,a a a

The cube faces of a cubic crystal are (100)(010)( 001) (100)( 010)和(001)

二、Calculations for the contents of Chapter II.

1) Please write out three vector of the reciprocal lattice: 321,,b b b

.

Explain:)

π,)π,)π

3212133211323213

21(2(2b (2b a a a a

a b a a a a a a a a a a

2)Please verify 验证 the relation: .

3) Calculate the volume 体积of the primitive cell of bcc lattice :

三、Calculations and the concept explanation for the contents of Chapter III.

Please calculate the Madelung constant 马德龙常数 for the infinite 无限的 line of ions 离子 of alternating sign 交替的迹象 for the one-dimensional chain 一维链to be : :

四、Expression and exlanations for the contents of Chapter IV.

1) Please write out the 1D dispersion relation of ω(q), and explain the physical meaning of the formula.. ω(q)=,2

1

sin

)/c 4(2

1qa m 其中C 是最近邻平面之间的力常量,M 是一个原子的质量。 The special signifcance of phonon wavevetors that lie on the zone.

boundary is developed from the formula ,we can obtain when q=0,w(q)=0,when q=2

1)/4()(,a

m c q w

2) What is the long wave limit 长波极限 and what result 结果 we can get from this limit?

一维单原子链、一维双原子链中,q 的取值都只在一定范围之内。(一维单 原子链:

, 一维双原子链: ),长波极限就是q 取值趋向于范 围边界

时ω的情况。

研究的意义在于了解极限情况下格波振动频率的情况。

Or

.2ln 2 ij

j i a b 2 ?

当qa<<1时,将cosqa 展开并取得近似,可得cosqa 1-2)qa 2

1

(.

由此色散系度为222q /(w a m c ) 表明在长波极限下,频率与波长成正比。

五、 Explanations for the contents of Chapter V.

1) What is the Debye model and Debye T 3

law? What is the concept of Debye temperature?

Solution:1)Debye model is the low of the Max planck blackbody radiation solid equivalents.in the Debye model

,the allow model vectors smaller than the K

2) Debye T 3 law is when T 《 ,U=3435/3 T NK B ,that can obtain

34v )(234)(512

T Nk T Nk C B B

3) Debye temperature can define 3

1

2)6(h V

N k v B

2) Please explain the physics menaning of Umklapp Processes:UP 过程:

Solution:To the thermal nesistivity of electrons,which have more important effect three phonon processes isn ’t 321k k k ,it is G k 321k k ,G is reriprocal lattice vectors called

Umklapp processes .In the processes the energy is constant .The phonon vector ,in the first ,Brillouin zones

has physics menaning .The umklapp processes can let the phonon vector back to the first Brillouin zones.

六、 Derivation for the contents of Chapter VI

1) Please derive the formula of energy levels of free electrons in one dimension.请导出一维自由电子能级的公式

Solution:For

schrodinger equation H ,we can obtain

H H H

dx

d H 2

22m 2- ,where H is the electron orbital energy . To infintle potential boundary conditions

,0,0)()0(n l n

We can obtain ,2

1

),2sin(n L x A n n

where A is a constant,so that we can obtain energy n

2

2n (2)L

m

3) Please derive the the Hall coefficient of Hall effect.请导出霍尔效应的霍尔系数

Solution:To the state electric field steady state ,the time derivative is

zero ,then Vx=y c x V w E m

e

, x c y y V w E m e V

,z z E m e V

,where c

c m eB w is eyctotion frequency ,when 0 y V , We can get x x c y E m eB E w E

.And

the Hall coffinient defined is B

j E R x y H ,we can used m E ne nqV j x x x /2 to get ne

R H 1

. 七、Explanation and the derivation for the contents of Chapter VII.

Please explain the origin of the energy gap, and write out the free electron bands for [111] direction of wavevector space.请解释能隙的起源,并写了[ 111 ]方向的波矢空间的自由电子带。

八、Deravation and the calculation for the contents of Chapter VIII 第八章.

1) Starting from the definition of group velocity v g , please give the effect mass m *

described by the energy band vs wavevector k . 从群速Vg 的定义,请把影响质量m *的能带与波矢k 描述P135

3) Based on the concept of the effective mass 质量, please write out the energy of an electron 电子 near the low edge 边缘 of the conduction 传导 band and that of an electron near the top of the valance band,respectively.

P139基于有效质量概念,请写出能靠近导带低边和一个电子,在价带顶的电子,分别。

一、

1、【马德隆常数的物理意义】在一个晶体内,其中一个离子的总电势能,可表示为一个与它距离最近的另一个离子电势能的M倍,E=ME0,其中E0为两个离子的系统的电势能,M称为马德隆常数(Madelung constant),其值与晶体结构有关。

2、【德拜温度】1912 年德拜提出以连续介质的弹性波来代表格波,将布喇菲晶格看作是各向同性的连续介质。有1个纵波和 2 个独立的横波。温度愈低,德拜模型近似计算结果愈好;温度很低,主要的只有长波格波的激发。

3、费米面:如果固体中有N个自由电子,按照泡利原理它们基态是由N个电子由低到高填充的N个量子态。N个电子在k空间填充半径为kF球,球内包含的状态数恰好等于N。一般称这个球为费米球,kF为费米半径,球的表面为费米面。

二、

1、证明:面心立方的原胞基矢:

体心立方的原胞基矢为:

4、

一、

1、爱因斯坦理论能够反映出Cv在低温时下降的基本趋势。......

固体物理精彩试题库(大全)

一、名词解释 1.晶态--晶态固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。 2.非晶态--非晶态固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的围保持着有序性,或称为短程有序。 3.准晶--准晶态是介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。 4.单晶--整块晶体原子排列的规律完全一致的晶体称为单晶体。 5.多晶--由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的固体材料。 6.理想晶体(完整晶体)--在结构完全规则的固体,由全同的结构单元在空间无限重复排列而构成。 7.空间点阵(布喇菲点阵)--晶体的部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限重复排列,这些点子的总体称为空间点阵。 8.节点(阵点)--空间点阵的点子代表着晶体结构中的相同位置,称为节点(阵点)。 9.点阵常数(晶格常数)--惯用元胞棱边的长度。 10.晶面指数—描写布喇菲点阵中晶面方位的一组互质整数。 11.配位数—晶体中和某一原子相邻的原子数。 12.致密度—晶胞原子所占的体积和晶胞体积之比。 13.原子的电负性—原子得失价电子能力的度量;电负性=常数(电离能+亲和能) 14.肖特基缺陷—晶体格点原子扩散到表面,体留下空位。 15.费仑克尔缺陷--晶体格点原子扩散到间隙位置,形成空位-填隙原子对。 16.色心--晶体能够吸收可见光的点缺陷。 17.F心--离子晶体中一个负离子空位,束缚一个电子形成的点缺陷。 18.V心--离子晶体中一个正离子空位,束缚一个空穴形成的点缺陷。 19.近邻近似--在晶格振动中,只考虑最近邻的原子间的相互作用。 20.Einsten模型--在晶格振动中,假设所有原子独立地以相同频率E振动。 21.Debye模型--在晶格振动中,假设晶体为各向同性连续弹性媒质,晶体中只有3支声学波,且=vq 。 22.德拜频率D──Debye模型中g()的最高频率。 23.爱因斯坦频率E──Einsten模型中g()的最可几频率。 24.电子密度分布--温度T时,能量E附近单位能量间隔的电子数。 25.接触电势差--任意两种不同的物质A、B接触时产生电荷转移,并分别在A和B上产生电势V A、V B,这种电势称为接触电势,其差称为接触电势差。 25.BLoch电子费米气--把质量视为有效质量 m,除碰撞外相互间无互作用,遵守费米分布的

最新大学固体物理考试题及答案参考

固体物理练习题 1.晶体结构中,面心立方的配位数为 12 。 2.空间点阵学说认为 晶体内部微观结构可以看成是由一些相同的点子在三维空间作周期性无限分布 。 3.最常见的两种原胞是 固体物理学原胞、结晶学原胞 。 4.声子是 格波的能量量子 ,其能量为 ?ωq ,准动量为 ?q 。 5.倒格子基矢与正格子基矢满足 正交归一关系 。 6.玻恩-卡曼边界条件表明描述有限晶体振动状态的波矢只能取 分立的值 , 即只能取 Na 的整数倍。 7.晶体的点缺陷类型有 热缺陷、填隙原子、杂质原子、色心 。 8.索末菲的量子自由电子气模型的四个基本假设是 自由电子近似、独立电子近似、无碰撞假设、自由电子费米气体假设 。 9.根据爱因斯坦模型,当T→0时,晶格热容量以 指数 的形式趋于零。 10.晶体结合类型有 离子结合、共价结合、金属结合、分子结合、氢键结合 。 11.在绝对零度时,自由电子基态的平均能量为 0F 5 3E 。 12.金属电子的 B m ,23nk C V = 。 13.按照惯例,面心立方原胞的基矢为 ???? ?????+=+=+=)(2)(2) (2321j i a a k i a a k j a a ,体心立方原胞基矢为 ???? ?????-+=+-=++-=)(2)(2) (2321k j i a a k j i a a k j i a a 。 14 .对晶格常数为a 的简单立方晶体,与正格矢k a j a i a R ???22++=正交的倒格子晶面族的面

指数为 122 , 其面间距为 a 32π 。 15.根据晶胞基矢之间的夹角、长度关系可将晶体分为 7大晶系 ,对应的只有14种 布拉伐格子。 16.按几何构型分类,晶体缺陷可分为 点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷、微缺陷 。 17. 由同种原子组成的二维密排晶体,每个原子周围有 6 个最近邻原子。 18.低温下金属的总摩尔定容热容为 3m ,bT T C V +=γ 。 19. 中子非弹性散射 是确定晶格振动谱最有效的实验方法。 1.固体呈现宏观弹性的微观本质是什么? 原子间存在相互作用力。 2.简述倒格子的性质。 P29~30 3. 根据量子理论简述电子对比热的贡献,写出表达式,并说明为什么在高温时可以不考虑电子对比热的贡献而在低温时必须考虑? 4.线缺陷对晶体的性质有何影响?举例说明。 P169 5.简述基本术语基元、格点、布拉菲格子。 基元:P9组成晶体的最小基本单元,整个晶体可以看成是基元的周期性重复排列构成。 格点:P9将基元抽象成一个代表点,该代表点位于各基元中等价的位置。 布拉菲格子:格点在空间周期性重复排列所构成的阵列。 6.为什么许多金属为密积结构?

材料科学概论考点总结

材料科学概论考点总结

1·材料: 材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质(Materials is the stuff from which a thing is made for using.) 2·材料的分类及类型: 按服役领域分类:结构材料 (受力,承载),功能材料 (半导体,超导体以及光、电、声、磁等) 按化学组成分:金属材料,无机非金属材料,高分子材料,复合材料 按材料尺寸分:零维材料,一维材料,二维材料,三维材料 按结晶状态分:晶态材料,非晶态材料,准晶态材料 3·材料科学:是一门以实体材料为研究对象,以固体物理,热力学,动力学,量子力学,冶金,化工为理论基础的交叉型应用基础学科。4·材料的发展要素:材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能5·材料的力学性能:弹性模量,强度,塑性,断裂韧性,硬度 6·塑性变形:材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形称为塑性变形。塑性变形具有不可逆性 7·能带:满带,空带,价带,禁带 8·磁性的分类: 磁滞回线: H c :矫顽力 H m :饱和磁场强度 B r :剩余磁感应强度 B s :饱和磁感应强度 9·不同材料的热导率特性:金属材料有很高的热导率,无机陶瓷或其它绝缘材料热导率较低,半导体材料的热传导,高分子材料热导率很 低 10·固溶体:合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体. 11·断裂韧度:是衡量材料在裂纹存在的情况下抵抗断裂的能力 12·影响断裂失效的因素: (1)材料机械性能的影响 (2)零件几何形状的影响 (3)零件应力状态的影响 (4)加工缺陷的影响 (5)装配、检验产生缺陷的影响 13·穿晶断裂:裂纹在晶粒内部扩展,并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂

固体物理试题(A) 附答案

宝鸡文理学院试题 课程名称 固体物理 适 用 时 间 2010年1月12日 试卷类别 A 适用专业、年级、班06级物理教育1-3班 一、简要回答以下问题:(每小题6分,共30分) 1、试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。 2、试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。 3、什么叫声子?对于一给定的晶体,它是否拥有一定种类和一定数目的声子? 4、周期性边界条件的物理含义是什么?引入这个条件后导致什么结果?如果晶体是无限大, q 的取值将会怎样? 5、金属自由电子论作了哪些假设?得到了哪些结果? 二、证明题(1、3题各20分;第2题10分,共50分) 1、试证明体心立方格子和面心立方格子互为正倒格子。(20分) 2、已知由N 个相同原子组成的一维单原子晶格格波的态密度可表示为(10) 2122)(2)(--= ωωπωρm N 。 式中m ω是格波的最高频率。求证它的振动模总数恰好等于N 。 3、利用刚球密堆模型,求证球可能占据的最大体积与总体积之比为(20分) (1)简单立方π / 6;(2 / 6; (3 / 6(4 / 6;(5 / 16。 三、计算题 (每小题10分,2×10=20分) 用钯靶K α X 射线投射到NaCl 晶体上,测得其一级反射的掠射角为5.9°,已知NaCl 晶胞中Na +与Cl -的距离为2.82×10-10m ,晶体密度为2.16g/cm 3。 求: (1)、X 射线的波长; (2)、阿伏加德罗常数。

宝鸡文理学院试题参考答案与评分标准 课程名称 固体物理学 适 用 时 间 2010年1月 12日 试卷类别 A 适用专业、年级、班 06物理教育1、2、3班 注意事项 一、简要回答以下问题(每小题6分,5×6=30分) 1.试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。 解:晶态固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。非晶态固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性,或称为短程有序。准晶态是介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。 另外,晶体又分为单晶体和多晶体:整块晶体内原子排列的规律完全一致的晶体称为单晶体;而多晶体则是由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的。 2.试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。 解:(1)离子键:无方向性,键能相当强;(2)共价键:饱和性和方向性,其键能也非常强;(3)金属键:有一定的方向性和饱和性,其价电子不定域于2个原子实之间,而是在整个晶体中巡游,处于非定域状态,为所有原子所“共有”;(4)范德瓦尔斯键:依靠瞬时偶极距或固有偶极距而形成,其结合力一般与 成反比函数关系,该键结合能较弱;(5)氢键:依靠氢原子与2个电负性较大而原子半径较小的原子(如O ,F ,N 等)相结合形成的。该键也既有方向性,也有饱和性,并且是一种较弱的键,其结合能约为50kJ/mol 。 3. 什么叫声子?对于一给定的晶体,它是否拥有一定种类和一定数目的声子? 解:声子就是晶格振动中的简谐振子的能量量子,它是一种玻色子,服从玻色-爱因斯坦统计,即具有能量为 的声子平均数为11 )()/()(-=T k q w j B j e q n 对于一给定的晶体,它所对应的声子种类和数目不是固定不变的,而是在一定的条件下发生变化。 4. 周期性边界条件的物理含义是什么?引入这个条件后导致什么结果?如果晶体是无限大, 的取值将会怎样? 解:由于实际晶体的大小总是有限的,总存在边界,而显然边界上原子所处的环境与体内原子的不同,从而造成边界处原子的振动状态应该和内部原子有所差别。考虑到边界对内部原子振动状态的影响,波恩和卡门引入了周期性边界条件。其具体含义是设想在一长为 的有限晶体边界之外,仍然有无穷多个相同的晶体,并且各块晶体内相对应的原子的运动情况一样,即第 个原子和第 个原子的运动情况一样,其中 =1,2,3…。 引入这个条件后,导致描写晶格振动状态的波矢 只能取一些分立的不同值。 如果晶体是无限大,波矢 的取值将趋于连续。 5. 金属自由电子论作了哪些假设?得到了哪些结果? 解:金属自由论假设金属中的价电子在一个平均势场中彼此独立,如同理想气体中的粒子一样是“自由”的,每个电子的运动由薛定谔方程来描述;电子满足泡利不相容原理,因此,电子不服从经典统计而

人教版高中物理选修3-5知识点总结

选修3-5知识梳理 一.量子论的建立黑体和黑体辐射Ⅰ (一)量子论 1.创立标志:1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文,标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容: ①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的,其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”,也就是说组成能量的单元是量子。 ②物质的辐射能量不是连续的,而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 3.量子论的发展 ①1905年,爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中,提出了光量子论。 ②1913年,英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态,提出了一种量子化的原子结构模型,丰富了量子论。 ③到1925年左右,量子力学最终建立。 4.量子论的意义 ①与量子论等一起,引起物理学的一场重大革命,并促进了现代科学技术的突破性发展。 ②量子论的革命性观念揭开了微观世界的奥秘,深刻改变了人们对整个物质世界的认识。 ③量子论成功的揭示了诸多物质现象,如光量子论揭示了光电效应 ④量子概念是一个重要基石,现代物理学中的许多领域都是从量子概念基础上衍生出来的。 量子论的形成标志着人类对客观规律的认识,开始从宏观世界深入到微观世界;同时,在量子论的基础上发展起来的量子论学,极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。 (二)黑体和黑体辐射

1.热辐射现象 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波,并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 ①.物体在任何温度下都会辐射能量。 ②.物体既会辐射能量,也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大,则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 实验表明:物体辐射能多少决定于物体的温度(T)、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。 2.黑体 物体具有向四周辐射能量的本领,又有吸收外界辐射 来的能量的本领。 黑体是指在任何温度下,全部吸收任何波长的辐射的 物体。 3.实验规律: 1)随着温度的升高,黑体的辐射强度都有增加; 2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 二.光电效应光子说光电效应方程Ⅰ 1、光电效应

2021年固体物理试题库

一、名词解释 1.晶态--晶态固体材料中原子有规律周期性排列,或称为长程有序。 2.非晶态--非晶态固体材料中原子不是长程有序地排列,但在几种原子范畴内保持着有序性,或称为短程有序。 3.准晶--准晶态是介于晶态和非晶态之间固体材料,其特点是原子有序排列,但不具备平移周期性。 4.单晶--整块晶体内原子排列规律完全一致晶体称为单晶体。 5.多晶--由许多取向不同单晶体颗粒无规则堆积而成固体材料。 6.抱负晶体(完整晶体)--内在构造完全规则固体,由全同构造单元在空间无限重复排列而构成。 7.空间点阵(布喇菲点阵)--晶体内部构造可以概括为是由某些相似点子在空间有规则地做周期性无限重复排列,这些点子总体称为空间点阵。 8.节点(阵点)--空间点阵点子代表着晶体构造中相似位置,称为节点(阵点)。 9.点阵常数(晶格常数)--惯用元胞棱边长度。 10.晶面指数—描写布喇菲点阵中晶面方位一组互质整数。 11.配位数—晶体中和某一原子相邻原子数。 12.致密度—晶胞内原子所占体积和晶胞体积之比。 13.原子电负性—原子得失价电子能力度量;电负性=常数(电离能+亲和能) 14.肖特基缺陷—晶体内格点原子扩散到表面,体内留下空位。 15.费仑克尔缺陷--晶体内格点原子扩散到间隙位置,形成空位-填隙原子对。 16.色心--晶体内可以吸取可见光点缺陷。 17.F心--离子晶体中一种负离子空位,束缚一种电子形成点缺陷。 18.V心--离子晶体中一种正离子空位,束缚一种空穴形成点缺陷。 19.近邻近似--在晶格振动中,只考虑近来邻原子间互相作用。 20.Einsten模型--在晶格振动中,假设所有原子独立地以相似频率 E振动。 21.Debye模型--在晶格振动中,假设晶体为各向同性持续弹性媒质,晶体中只有3支声学波,且

复习-固体物理习题与思考题

第一章 晶体结构 思 考 题 2. 解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面?为什么? [解答] 晶体容易沿解理面劈裂,说明平行于解理面的原子层之间的结合力弱,即平行解理面的原子层的间距大. 因为面间距大的晶面族的指数低, 所以解理面是面指数低的晶面. 3. 基矢为=1a i a , =2a aj , =3a ()k j i ++2a 的晶体为何种结构? 若 =3a ()k j +2a +i 23a , 又为何种结构? 为什么? [解答] 有已知条件, 可计算出晶体的原胞的体积 23 321a = ??=a a a Ω. 由原胞的体积推断, 晶体结构为体心立方. 按照本章习题14, 我们可以构造新的矢量 =-=13a a u 2a ()k j i ++-, =-=23a a v 2a ()k j i +-, =-+=321a a a w 2a ()k j i -+. w v u ,,对应体心立方结构. 根据14题可以验证, w v u ,,满足选作基矢的充分条件.可见基矢为=1a i a , =2a aj , =3a ()k j i ++2a 的晶体为体心立方结构. 若 =3a ()k j +2a +i 23a , 则晶体的原胞的体积 23321a Ω= ??=a a a , 该晶体仍为体心立方结构. 4. 与晶列[l 1l 2l 3]垂直的倒格面的面指数是什么? [解答] 正格子与倒格子互为倒格子. 正格子晶面(h 1h 2h 3)与倒格式=h K h 11b +h 22b +h 33b 垂直, 则倒格晶面(l 1l 2l 3)与正格矢=l R l 11a + l 22a + l 33a 正交. 即晶列[l 1l 2l 3]与倒格面(l 1l 2l 3) 垂直. 5. 在结晶学中, 晶胞是按晶体的什么特性选取的? [解答] 在结晶学中, 晶胞选取的原则是既要考虑晶体结构的周期性又要考虑晶体的宏观对称性. 6.六角密积属何种晶系? 一个晶胞包含几个原子? [解答] 六角密积属六角晶系, 一个晶胞(平行六面体)包含两个原子.

固体物理学-期中考试试题及标准答案

固体物理学-期中考试试题及答案

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:

2005级 2007-2008学年第二学期固体物理学期中考试答案 一、简要回答下列问题:(30分) (1)简要说明热传导系数的温度依赖关系。 [答]晶格热导率的温度依赖关系如下:高温情况下,T>>德拜温度ΘD ,对于所有晶格振动模,平均声子数∝T ,温度升高时,声子间相互“碰撞”的几率增大,自由程减小,自由程与温度成反比;且在高温下,热容与温度无关。因此高温情况下热导率与温度成反比。 低温时,尽管晶格热容遵从德拜T 3 定律,但热导率κ随温度的变化主要决定于平均自由程λ的指数因子,即κ 随温度降低而指数增大。 极低温度的情况下,声子的平均自由程可以增大到与声子被晶格缺陷散射所决定的平均自由程相比拟,甚至可以与晶体样品的有限尺寸相比拟。这时的平均自由程不再是非谐效应引起的本征自由程,而应是以缺陷的空间分布或样品的尺寸所决定的与温度无关的平均自由程。因此,热导率的温度依赖关系将与晶格热容的温度依赖关系(T 3)相同。 (2)声子数的物理意义是什么?晶体中声子数目是否守恒?在极低温下,晶体 中的声子数与温度T 之间有什么样的关系? [答]声子是指格波的量子,它的能量等于i ωη。一个格波,也就是一种振动模, 称为一种声子。所以,声子数代表晶格振动的格波数。 频率为ωi 的格波的平均声子数为 : 1 1)(/-= T k i B e n ωωη 即每一个格波的声子数都与温度有关,因此晶体中的声子数目不守恒,它随温度的改变而改变。

半导体物理知识点总结

半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构,半导体中能带的形成,半导体中电子的状态和能带特点,在讲解半导体中电子的运动时,引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构,引入了空穴散射的概念。最后,介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节,半导体的几种常见晶体结构及结合性质。(重点掌握)在1.2节,为了深入理解能带的形成,介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点,并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较,在此基础上引入本征激发的概念。(重点掌握)在1.3节,引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。(重点掌握)在1.4节,阐述本征半导体的导电机构,由此引入了空穴散射的概念,得到空穴的特点。(重点掌握)在1.5节,介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。(理解即可)在1.6节,介绍Si、Ge的能带结构。(掌握能带结构特征)在1.7节,介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构,主要了解GaAs的能带结构。(掌握能带结构特征)本章重难点: 重点: 1、半导体硅、锗的晶体结构(金刚石型结构)及其特点; 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同:孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动,自由电子是在恒定为零的势场中运动,而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动(共有化运动),单电子近似认为,晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动,这个势场也是周期性变化的,而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂,是形成半导体能带的原因,半导体能带的特点: ①存在轨道杂化,失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带,上能带称为导带,下能带称为价带②低温下,价带填满电子,导带全空,高温下价带中的一部分电子跃迁到导带,使晶体呈现弱导电性。

固体物理考题及答案三

一、 填空题 (共20分,每空2分) 目的:考核基本知识。 1、金刚石晶体的结合类型是典型的 共价结合 晶体, 它有 6 支格波。 2、晶格常数为a 的体心立方晶格,原胞体积Ω为 23a 。 3、晶体的对称性可由 32 点群表征,晶体的排列可分为 14 种布喇菲格子,其中六角密积结构 不是 布喇菲格子。 4、两种不同金属接触后,费米能级高的带 正 电,对导电有贡献的是 费米面附近 的电子。 5、固体能带论的三个基本近似:绝热近似 、_单电子近似_、_周期场近似_。 二、 判断题 (共10分,每小题2分) 目的:考核基本知识。 1、解理面是面指数高的晶面。 (×) 2、面心立方晶格的致密度为π61 ( ×) 3、二维自由电子气的能态密度()1~E E N 。 (×) 4、晶格振动的能量量子称为声子。 ( √) 5、 长声学波不能导致离子晶体的宏观极化。 ( √) 三、 简答题(共20分,每小题5分) 1、波矢空间与倒格空间(或倒易空间)有何关系? 为什么说波矢空间内的状态点是准连续的? 波矢空间与倒格空间处于统一空间, 倒格空间的基矢分别为, 而波矢空间的基矢分别为, N1、N2、N3分别是沿正格子基矢方向晶体的原胞数目. 倒格空间中一个倒格点对应的体积为 , 波矢空间中一个波矢点对应的体积为 , 即波矢空间中一个波矢点对应的体积, 是倒格空间中一个倒格点对应的体积的1/N. 由于N 是晶体的原胞数目,数目巨大,所以一个波矢点对应的体积与一个倒格点对应的体积相比是极其微小的。 也就是说,波矢点在倒格空间看是极其稠密的。因此, 在波矢空间内作求和处理时,可把波矢空间内的状态点看成是准连续的。 2、在甚低温下, 德拜模型为什么与实验相符? 在甚低温下, 不仅光学波得不到激发, 而且声子能量较大的短声学格波也未被激发, 得到激发的只是声子能量较小的长声学格波. 长声学格波即弹性波. 德拜模型只考虑弹性波对热容的贡献. 因此, 321 b b b 、、 32N N / / /321b b b 、、 1N 321 a a a 、、*321) (Ω=??b b b N N b N b N b * 332211)(Ω=??

热统知识点总结

第一类知识点 1. 大量微观粒子的无规则运动称作物质的热运动. 2. 宏观物理量是微观物理量的统计平均值. 3. 熵增加原理可表述为:系统经绝热过程由初态变到终态,它的熵永不减小.系统经可逆绝热过程后熵不变. 系统经不可逆绝热过程后熵增加. 孤立系中所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行. 4. 在某一过程中,系统内能的增量等于外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和. 5. 在等温等容条件下,系统的自由能永不增加. 在等温等压条件下,系统的吉布斯函数永不增加. 6. 理想气体的内能只是温度的函数,与体积无关,这个结论称为焦耳定律. 7. V S S p V T ??? ????-=??? ???? 8. V T T p V S ??? ????=??? ???? 9. p S S V P T ??? ????=??? ???? 10. p T T V P S ??? ????-=??? ???? 11. pdV TdS dU -= 12. Vdp TdS dH += 13. pdV SdT dF --= 14. Vdp SdT dG +-= 15. 由pdV TdS dU -=可得,V S U T ??? ????= 16. 由Vdp TdS dH +=可得,S p H V ???? ????= 17. 单元复相系达到平衡所要满足的热平衡条件为各相温度相等. 18. 单元复相系达到平衡所要满足的力学平衡条件为各相压强相等. 19. 单元复相系达到平衡所要满足的相变平衡条件为各相化学势相等. 20. 对于一级相变,在相变点两相的化学势相等.在相变点两相化学势的一阶偏导数不相等. 21. 对于二级相变,在相变点两相的化学势相等.在相变点两相化学势的一阶偏导数相等.在相变点两相化学势的二阶偏导数不相等.

固体物理学题库..doc

一、填空 1.固体按其微结构的有序程度可分为 _______、_______和准晶体。 2.组成粒子在空间中周期性排列,具有长程有序的固体称为 _______;组成粒子在空间中的分布完全无序或仅仅具有短程有序的固体称为 _________。 3.在晶体结构中,所有原子完全等价的晶格称为 ______________;而晶体结构中,存在两种或两种以上不等价的原子或离子的晶格称为 ____________。 4晶体结构的最大配位数是____;具有最大配位数的晶体结构包括 ______________晶体结构和 ______________晶体结构。 5.简单立方结构原子的配位数为 ______;体心立方结构原子的配位数为 ______。6.NaCl 结构中存在 _____个不等价原子,因此它是 _______晶格,它是由氯离子和钠离子各自构成的 ______________格子套构而成的。 7.金刚石结构中存在 ______个不等价原子,因此它是 _________晶格,由两个_____________结构的布拉维格子沿空间对角线位移1/4 的长度套构而成,晶胞中有 _____个碳原子。 8. 以结晶学元胞(单胞)的基矢为坐标轴来表示的晶面指数称为________指数。 9. 满足 a i b j 2 ij 2 ,当i j时 关系的 b1,b 2, b 3为基矢,由0,当 i ( i, j 1,2,3) j时 K h h b h b h构b成的点阵,称为 _______。 1 1 2 2 3 10.晶格常数为 a 的一维单原子链,倒格子基矢的大小为 ________。 11.晶格常数为 a 的面心立方点阵初基元胞的体积为 _______;其第一布里渊区的体积为 _______。 12.晶格常数为 a 的体心立方点阵初基元胞的体积为 _______;其第一布里渊区的体积为 _______。 13.晶格常数为 a 的简立方晶格的 (010)面间距为 ________ 14.体心立方的倒点阵是 ________________点阵,面心立方的倒点阵是 ________________点阵,简单立方的倒点阵是________________。 15.一个二维正方晶格的第一布里渊区形状是 ________________。 16.若简单立方晶格的晶格常数由 a 增大为 2a,则第一布里渊区的体积变为原来的 ___________倍。

最新-(1)《固体物理》试卷A附答案

宝鸡文理学院试题 课程名称 固体物理 适 用 时 间 2011年1月 试卷类别 A 适用专业、年级、班 2008级物理教育专业 一、简答题(每题6分,共6×5=30分) 1、试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。 2、试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。 3、什么叫声子?对于一给定的晶体,它是否拥有一定种类和一定数目的声子? 4、周期性边界条件的物理含义是什么?引入这个条件后导致什么结果?如果晶体是无限大,q 的取值将会怎样? 5、倒格子的实际意义是什么?一种晶体的正格矢和相应的倒格矢是否有一一对应的关系? 二、试证明体心立方格子和面心立方格子互为正倒格子。(20分) 三、一维晶格,晶格由两种离子组成,间距为R 0,计算晶格的Madelung 常数α。(15分) 四、用钯靶αK X 射线投射到NaCl 晶体上,测得其一级反射的掠射角为5.9°,已知NaCl 晶胞中Na +与Cl -的距离为2.82×10-10m ,晶体密度为2.16g/cm 3。求: (1)X 射线的波长;(2)阿伏加德罗常数。(20分) 五、写出量子谐振子系统自由能,证明在经典极限,自由能为:(15分) ???? ? ?+≈∑KT hw KT U F q q o ln

宝鸡文理学院试题参考答案与评分标准 课程名称 固体物理 适 用 时 间 2011年1月 试卷类别 A 适用专业、年级、班07物理教育 一、简答题(每小题6分,5×6=30分) 1、试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。 解:(1)离子键:无方向性,键能相当强;(2)共价键:饱和性和方向性,其键能也非常强;(3)金属键:有一定的方向性和饱和性,其价电子不定域于2个原子实之间,而是在整个晶体中巡游,处于非定域状态,为所有原子所“共有”;(4)范德瓦尔斯键:依靠瞬时偶极距或固有偶极距而形成,其结合力一般与7 r 成反比函数关系,该键结合能较弱;(5)氢键:依靠氢原子与2个电负性较大而原子半径较小的原子(如O ,F ,N 等)相结合形成的。该键也既有方向性,也有饱和性,并且是一种较弱的键,其结合能约为50kJ/mol 。 2、试述晶态、非晶态、准晶、多晶和单晶的特征性质。 解:晶态固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。非晶态固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性,或称为短程有序。准晶态是介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。 另外,晶体又分为单晶体和多晶体:整块晶体内原子排列的规律完全一致的晶体称为单晶体;而多晶体则是由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的。 3、什么叫声子?对于一给定的晶体,它是否拥有一定种类和一定数目的声子? 解:声子就是晶格振动中的简谐振子的能量量子,它是一种玻色子,服从玻色-爱因斯坦统计,即具有能量为)(q w j 的声子平均数为 11 )()/()(-=T k q w j B j e q n 对于一给定的晶体,它所对应的声子种类和数目不是固定不变的,而是在一定的条件下发生变化。 4、 周期性边界条件的物理含义是什么?引入这个条件后导致什么结果?如果晶体是无限大,q 的取值将会怎样? 解:由于实际晶体的大小总是有限的,总存在边界,而显然边界上原子所处的环境与体内原子的不同,从而造成边界处原子的振动状态应该和内部原子有所差别。考虑到边界对内部原子振动状态的影响,波恩和卡门引入了周期性边界条件。其具体含义是设想在一长为Na 的有限晶体边界之外,仍然有无穷多个相同的晶体,并且各块晶体内相对应的原子的运动情况一样,即第j 个原子和第j tN +个原子的运动情况一样,其中t =1,2,3…。 引入这个条件后,导致描写晶格振动状态的波矢q 只能取一些分立的不同值。 如果晶体是无限大,波矢q 的取值将趋于连续。 5、倒格子的实际意义是什么?一种晶体的正格矢和相应的倒格矢是否有一一对应的关系?

固体物理知识点总结

晶格(定义):理想晶体具有长程有序性,在理想情况下,晶体是由全同的原子团在空间无限重复排列而构成的。晶体中原子排列的具体形式称之为晶格,原子、原子间距不同,但有相同排列规则,这些原子构成的晶体具有相同的晶格;由等同点系所抽象出来的一系列在空间中周期排列的几何点的集合体空间点阵;晶格是属于排列方式范畴,而空间点阵是属于晶格周期性几何抽象出来的东西。 晶面指数:晶格所有的格点应该在一簇相互平行等距的平面,这些平面称之为晶面。将一晶面族中不经过原点的任一晶面在基矢轴上的截距分别是u、v、w,其倒数比的互质的整数比就是表示晶面方向的晶面指数,一般说来,晶面指数简单的晶面,面间距大,容易解理。Miller 指数标定方法:1)找出晶面系中任一晶面在轴矢上的截距;2)截距取倒数;3)化为互质整数,表示为(h,k,l)。注意:化互质整数时,所乘的因子的正、负并未限制,故[100]和[100]应视为同一晶向。 晶向指数:从该晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点,把该格点指数化为互质整数,称为晶向指数,表示为[h,k,l]。要弄清几种典型晶体结构中(体心、面心和简单立方)特殊的晶向。 配位数: 在晶体学中,晶体原子配位数就是一个原子周围最近邻原子的数目,是用以描写晶体中粒子排列的紧密程度物理量。将组成晶体的原子看成钢球,原子之间通过一定的结构结合在一起,形成晶格;所谓堆积比就是组成晶体的原子所占体积与整个晶体结构的体积之比,也是表征晶体排列紧密程度的物理量。密堆积结构的堆积比最大。 布拉格定律: 假设:入射波从晶体中平行平面作镜面反射,每一各平面反射很少一部分辐射,就像一个轻微镀银的镜子,反射角等于入射角,来自平行平面的反射发生干涉形成衍射束。(公式)。其中:n为整数,称为反射级数;θ为入射线或反射线与反射面的夹角,称为掠射角,由于它等于入射线与衍射线夹角的一半,故又称为半衍射角,把2θ称为衍射角。当间距为d的平行晶面,入射线在相邻平行晶面反射的射线行程差为2dsinθ,当行程差等于波长的整数倍时,来自相继平行平面的辐射就发生相长干涉,根据图示,干涉加强的条件是:,这就是所谓布拉格定律,布拉格定律成立的条件是波长λ≤2d。 布拉格定律和X射线衍射产生条件之间的等价性证明 假设:若X射线光子弹性散射,光子能量守恒,出射束频率:入射束频率: 2dSinθ= nλ Hω ω'= ck' ω= ck因此,有散射前后波矢大小相等k’=k 和k’2=k2根据X射线衍射产生条件得到(k’-k)=G 及k+G=k’两个等式;第二个式子两边平方并化简得到:2k.G+G2=0;将G用-G替换得到2k.G=G2也成立;因此得到了四个等价式子:;k+G=k’;2k.G+G2=0;以及2k.G=G2上面说明了X衍射产生条件的四个表达式等价性;下面就进一步证明布拉格定律与X射线衍射产生条件等价:证明:由 可以推出: 即可以得到即: 即:,命题得证 布里渊区定义 为维格纳-赛茨原胞(Wigner-Seitz Cell)。任选一倒格点为原点,从原点向它的第一、第二、第三……近邻倒格点画出倒格矢,并作这些倒格矢的中垂面,这些中垂面绕原点所围成的多面体称第一B.Z,它即为倒易间的Wigner-Seitz元胞,其“体积”为Ω※=b1·(b2×b3)布里渊区边界上波矢应该满足的方程形式为(公式) 因此,布里渊区实际上包括了所有能在晶体上发生布拉格反射的波的波矢k。 范德华耳斯-伦敦相互作用 答:对于组成晶体的原子,尤其是惰性气体原子,由于原子电子云是瞬间变化的,因此各个原子电子云间存在互感偶极矩,这种互感偶极矩将原子之间联系在一起形成晶体。也就是通过互感偶极矩作用即耦合作用后比没有耦合作用时要来得低,这种由于原子之间互感偶极矩所产生的相互吸引作用称之为范德华耳斯-伦敦相互作用 离子晶体中存在的相互作用: ? 异号离子间的静电吸引相互作用(主要组成部分)? 同号离子间的静电排斥相互作用(主要组成部分)? 对于具有惰性气体电子组态的离子,他们之间排斥作用有类似于惰性气体原子间的排斥相互作用? 存在很小部分的吸引性相互作用的范德华耳斯作用(大约占1%~2%)离子晶体中,吸引性相互作用的范德华耳斯部分对于晶体内聚能贡献比较小,大约1%~2%范德华耳斯相互作用是一种互感偶极相互作用,只要存在正负中心不重合的偶极子,就会存在这种相互作用,只是在离子晶体中,这种相互作用较小。

固体物理期末套试题

1. S i 晶体是复式格子,由两个面心立方结构的子晶格沿体对角线位移1/4 套构而成;其固体物理学原胞包含8个原子,其固体物理学原胞基矢可 表示)(21k j a a ,)(22k i a a , )(23j i a a 。假设其结晶学原胞的体积 为a 3,则其固体物理学原胞体积为341a 。 2. 由完全相同的一种原子构成的格子,每个格点周围环境相同称为布拉菲格子; 倒格子基矢与正格子基矢满足)(2)(0{2j i j i ij j i b a ,由倒格子基矢 332211b l b l b l K h (l 1, l 2, l 3为整数),构成的格子,是正格子的傅里叶变 换,称为倒格子格子;由若干个布拉菲格子套构而成的格子称为复式格子。最常见的两种原胞是固体物理学原胞和结晶学原胞。 3.声子是格波的能量量子,其能量为? ,动量为?q 。 二.问答题(共30分,每题6分) 1.晶体有哪几种结合类型?简述晶体结合的一般性质。 答:离子晶体,共价晶体,金属晶体,分子晶体及氢键晶体。 晶体中两个粒子之间的相互作用力或相互作用势与两个粒子的距离之间遵从相同的定性规律。 2.晶体的结合能, 晶体的内能, 原子间的相互作用势能有何区别? 答:自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量,或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量称为晶体的结合能;原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能;在0K 时,原子还存在零点振动能,但它与原子间的相互作用势能的绝对值相比小很多,所以,在0K 时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能。

3.什么是热缺陷?简述肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷的特点。 答:在点缺陷中,有一类点缺陷,其产生和平衡浓度都与温度有关,这一类点缺陷称为热缺陷,热缺陷总是在不断地产生和复合,在一定地温度下热缺陷具有一定地平衡浓度。肖特基缺陷是晶体内部格点上的原子(或离子)通过接力运动到表面格点的位置后在晶体内留下空位;弗仑克尔缺陷是格点上的原子移到格点的间隙位置形成间隙原子,同时在原来的格点位置留下空位,二者成对出现。 4.简述空穴的概念及其性质. 答:对于状态K空着的近满带,其总电流就如同一个具有正电荷e的粒子,以空状态K的电子速度所产生的,这个空的状态称为空穴;空穴具有正有效质量,位于满带顶附近,空穴是准粒子。 5.根据量子理论简述电子对比热的贡献,写出表达式,并说明为什么在高温时可以不考虑电子对比热的贡献在低温时必须考虑? 答:在量子理论中,大多数电子的能量远远低于费米能量E F ,由于受到泡 利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在E F 附近约 K B T范围内电子 参与热激发,对金属的比热有贡献。C V e= T 在高温时C V e相对C V l 来说很小可忽略不计;在低温时,晶格振动的比热 按温度三次方趋近于零,而电子的比热与温度一次方正比,随温度下降变化缓慢,此时电子的比热可以和晶格振动的比热相比较,不能忽略。 1、晶格常数为的面心立方晶格,原胞体积等于 D 。 A. B. C. D. 2、体心立方密集的致密度是 C 。 A. B. C. D. 3、描述晶体宏观对称性的基本对称元素有 A 。 A. 8个 B. 48个个个

固体物理模拟试题参考答案

固体物理模拟试题参考 答案 文档编制序号:[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

模拟试题参考答案 一、名词解释 1.基矢、布拉伐格子 为了表示晶格的周期性,可以取任一格点为原点,由原点到最近邻的格点可得三个独立的矢量a 1、a 2、a 3,则布拉伐格子中的任一格点的位置可以由原点 到该格点的矢量R l (332211a a a l l l R l ++=,l 1、l 2、l 3为整数)来表示,这样常称 a 1、a 2、a 3为基矢。 由于整个晶体可以看成是基元(组成晶体的最小单元)的周期性重复排列构成,为了研究晶体的周期性,常常把基元抽象成一个点,这些点称为格点(或结点),由这些格点在空间周期性的重复排列而构成的阵列叫布拉格点阵(或布拉伐格子)。 2.晶列、晶面 在布拉伐格子中,所有格点均可看成分列在一系列相互平行的直线上,这族直线称之为晶列,—个布拉伐格子可以有无限多族方向不同的晶列。布拉伐格子中的所有格点也可看成分列在一系列相互平行的平面上,这族相互平行的平面称为晶面。一个布拉伐格子也可以看成有无限多族方向不同的晶面。为了标志各个不问族的晶面。 3、格波与声子 晶格振动模式具有波的形式,称为格波。

在简谐近似下格波矢相互独立的,这样晶格振动的能量是量子化的,声子就是格波的能量量子,它不是真实存在的粒子,它反映的是晶格原子集体运动状态的激发单元。 4.能带 晶体中的电子,在零级近似中,被看成是自由电子,能量本征值0k E 作为k 的函数,具有抛物线的形式。晶格周期起伏势的微扰,使得k 状态与2k n a π+(n 为任意整数)状态相互作用,这个作用的结果使得抛物线在2n a π处断开而形成一个个的带,这些就称为能带。 5.Bloch 函数 晶体中电子的波函数具有这样的形式,()()ik r r e u r ψ?=,其中()()n u r R u r +=是具晶格周期性的函数。此处的()r ψ就是Bloch 函数。因此,Bloch 函数是一个平面波和一个晶格周期函数的乘积 6.施主,N 型半导体 在带隙中提供带有电子的能级的杂质称为施主。主要含施主杂质的半导体,导电几乎完全依靠由施主热激发到导带的电子。这种主要依靠电子导电的半导体,称为N 型半导体。 二.简答题 1.能带理论的三种近似分别是什么怎样定义的 答:绝热近似、单电子近似和周期场近似 绝热近似:由于原子核质量比电子的质量大得多,电子的运动速度远大于原子核的运动速度,即原子核的运动跟不上电子的运动。所以在考虑电子的运动时,认为原子实不动。

固体物理重要知识点总结

固体物理重要知识点总结 晶体:是由离子,原子或分子(统称为粒子)有规律的排列而成的,具有周期性和对称性非晶体:有序度仅限于几个原子,不具有长程有序性和对称性点阵:格点的总体称为点阵晶格:晶体中微粒重心,周期性的排列所组成的骨架,称为晶格格点:微粒重心所处的位置称为晶格的格点(或结点)晶体的周期性和对称性:晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复,这样的性质称为晶体结构的周期性。晶体的对称性指晶体经过某些对称操作后,仍能恢复原状的特性。(有轴对称,面对称,体心对称即点对称)密勒指数:某一晶面分别在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比称为此晶面的密勒指数配位数:可用一个微粒周围最近邻的微粒数来表示晶体中粒子排列的紧密程度,称为配位数致密度:晶胞内原子所占体积与晶胞总体积之比称为点阵内原子的致密度固体物理学元胞:选取体积最小的晶胞,称为元胞:格点只在顶角,内部和面上都不包含其他格点,整个元胞只含有一个格点:元胞的三边的平移矢量称为基本平移矢量(或者基矢);突出反映晶体结构的周期性元胞:体积通常较固体物理学元胞大;格点不仅在顶角上,同时可以在体心或面心上;晶胞的棱也称为晶轴,其边长称为晶格常数,点阵常数或晶胞常数;突出反映晶体的周期性和对称性。布拉菲格子:晶体由完全相同的原子组成,原子与晶格的格点相重合而且每个格点周围的情况都一样复式格子:晶体由两种或者两种以上的原子构成,而且每种原子都各自构成一种相同的布拉菲格子,这些布拉菲格子相互错开一段距离,相互套购而形成的格子称为复式格子,复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套购而成的声子:晶格简谐振动的能量

化,以hv l来增减其能量,hv l就称为晶格振动能量的量子叫声子非简谐效应:在晶格振动势能中考虑了δ2以上δ高次项的影响,此时势能曲线能是非对称的,因此原子振动时会产生热膨胀与热传导点缺陷的分类:晶体点缺陷:①本征热缺陷:弗伦克尔缺陷,肖脱基缺陷②杂质缺陷:置换型,填隙型③色心④极化子布里渊区:在空间中倒格矢的中垂线把空间分成许多不同的区域,在同一区域中能量是连续的,在区域的边界上能量是不连续的,把这样的区域称为布里渊区 爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源是什么? 答:按照爱因斯坦温度的定义,爱因斯坦模型的格波的频率大约为1013Hz,属于光学支频率,但光学格波在低温时对热容的贡献非常小,低温下对热容贡献大的主要是长声学格波,也就是说爱因斯坦没考虑声学波对热容的贡献是爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源。 陶瓷中晶界对材料性能有很大的影响,试举例说明晶界的作用 答:晶界是一种面缺陷,是周期性中断的区域,存在较高界面能和应力,且电荷不平衡,故晶界是缺陷富集区域,易吸附或产生各种热缺陷和杂质缺陷,与体内微观粒子(如电子)相比,晶界微观粒子所处的能量状态有明显差异,称为晶界态。 在半导体陶瓷,通常可以通过组成,制备工艺的控制,使晶界中产生不同起源的受主态能级,在晶界产生能级势垒,显著影响电子的输出行为,使陶瓷产生一系列的电功能特性(如PTC特性,压敏特性,大电容特性等)。这种晶界效应在半导体陶瓷的发展中得到了充分的体现和应用。 从能带理论的角度简述绝缘体,半导体,导体的导电或绝缘机制

相关文档
最新文档