中科大 固体物理 12_13年 期末试卷

中科大 固体物理 12_13年 期末试卷
中科大 固体物理 12_13年 期末试卷

中科大固体物理12~13年期末试卷

1.在_____晶体的晶格振动谱中,只有声学波而没有光学波。

A.Cu

B.GaAs

C.Si

D.金刚石

2.ZnS属于闪锌矿结构,其原胞含有__个原子.

A.2

B.1

C.6

D.4

3.当波矢q→0时,长声学波的物理图像是:晶体原胞内不同原子的震动__.

A.位相相反振幅相同

B.位相相同振幅相同

C.位相相同振幅不同

D.位相振幅都不同

4.Si晶体的结合形式为_____。

A完全分子结合B完全离子结合C完全共价结合D介于B和C之间

5.晶体中费米面处的能量,取决于_____。

A晶体的电子结构B晶体结构 C 晶体电子浓度D晶体倒易空间体积

6.在准经典运动中,晶体中电子速度的方向_____。

A垂直于波矢B平行于波矢C垂直于等能面法线方向D平行于等能面法线方向

7.根据能带理论的紧束缚电子近似,晶体中电子_____。

A波函数是各原子轨道的线性组合 B 局域在原子周围C完全自由运动

D波函数是行进平面波和各散射波的叠加

8.金属的电阻率随温度的升高而增大,这是由于随着温度升高_____。A导带中载流子浓度增加B导带中载流子浓度减少

C电子平均自由程增大D电子平均自由程减小

9.刚性原子球堆积模型中,下面哪种结构是最致密的?

A简单立方 B 体心立方C面心立方D金刚石结构

10.晶体中的声子

A数量守恒B数量不守恒可以产生也可以湮灭

C声子与电子伴随产生或者湮灭D声子是玻色子,可以离开晶体存在

11.晶体中有效质量的说法,正确的是

A.有效质量是一正实数,且大于电子的惯性质量

B.在导带底附近,电子的有效质量是正实数

C.有效质量就是电子的惯性质量

D.有效质量小于电子静止质量

12.常温下可以不必考虑电子热运动对金属热容量的贡献,因为常温下

A.所有电子都不能被热激发

B.少数电子被热激发

C.大部分电子都被热激发

D.所有电子都能被热激发

13.离子晶体中的极化基元是指

A电子与晶格振动的耦合态

B价电子与纵向电磁波的耦合态

C声学支格波和电磁波的耦合态

D光学支格波和电磁波的耦合态

一.描述晶格热容的爱因斯坦模型和德拜模型和它们的优缺点,你认为用什么方法才能得到较为准确的晶格热容?

二.示意性画出在外电场存在的情况下,电子在实空间的运动,并描述在运动中可能发生的过程。

三.什么是电子的能态密度?推导三维晶体自由电子的能态密度表达式

四.解释固体中能带形成的原因。

五.写出描述电子在外电场和磁场存在的情况下的准电子运动方程,并加以讨论

六.有N个原子组成的长为L的一维晶体链,设色散关系为ω=cq^2,c为大于0常数,求(1)模式密度(2)截止频率(3)晶体的零点能

固体物理期末考试试卷

f)固体物理期末考试试题 物理系——年级班课程名称:固体物理共1页学号:姓名: 填空(20分,每:题2分) 1,对晶格帝数为?的SC晶体,与正格矢R=ai+2aj+2亦正交的倒格子品面践的面指数为(),其面间距为(). 2典型离子晶体的体积为V,最近邻西离子的距离为京晶体的格波数目为(),长光学波的()波会引起离子晶体宏观上的极化, 3. 金刚石晶体的结合类型是典型的()晶体,它有 ()支格波. 4. 当电子道受到某一品面族的强烈反射时,电子平行于档面族的?平均 速 度(:)零,电子波矢的末端处在()边界上. 3.西却不同金属接触后,费米能级高的带()电. 对导噌有贡献 的是()的电子. 二.(泻分) 1. 证明立方晶系的晶列[冲]与晶而族W)正交. 2. 设品格常数为?,求立方晶系密勒指数为W的晶面族的面间即. 三(潟分) 设质量为r的同种顷子纽成的一维双原子分子链,分子内部的力系数为■,分子间相邻原子的力系数为反,分子的两原子的间距为d晶格常数为e 1. 列出原子运动方程一 2. 求出格波的振功谱 四.(30分) 对于晶格常数为?的SC晶体 1. 以紧束缚近似求非筒并s态电了的能带. 2. 画出第一4渊区[”0]方向的能带曲线,求出带宽, 3. 当电子的波矢?时,求导致电了产生布拉格反射的出湎.族的ifli 指数. (试逐而答卷上交) 填空(20分■每题2分) 1. 对晶格常数为“的SC晶体■与正格矢R瑚翎林正交的倒格子晶面族 2-T 的血指数为(122 ),其面间距为(元). 2. 典型离子跚体的体枳为K最近邻阳离了的距离为R,晶体的格波数3V 目为(卞),长光学波的《纵)波会引起离子晶体宏观上的极化. 3. 金刚石品体的结合类型是典型的(共价结合)晶体,它有(6 )支格波. L当电子遭受到某一晶仙破的强烈反射时,电子平行于晶血族的平均速度(不为)零,电子波矢的末端处在(布里渊区)边界上.

固体物理期末考试

一、概念、简答 1.晶体,非晶体,准晶体;(p1,p41,p48) 答:理想晶体中原子排列十分规则,主要体现是原子排列具有周期性,或称为长程有序,而非晶体则不具有长 程的周期性.,因此不具有长程序,但非晶态材料中原子的排列也不是杂乱无章的,仍保留有原子排列的短程序.准晶态:具有长程序的取向序而没有长程序的平移对称序;取向序具有晶体周期性所不能容许的点群对称性,沿取向序对称轴的方向具有准周期性,有两个或两个以上的不可公度特征长度按着特定的序列方式排列. 2. 布拉菲格子;(p11) 答:布拉菲格子是一种数学上的抽象,是点在空间中周期性的规则排列,实际晶格可以看成在空间格子的每个格点上放有一组原子,它们相对位移为r,这个空间格子表征了晶格的周期性叫布拉菲格子. 3.原胞,晶胞;(p11) 答:晶格的最小周期性单元叫原胞.晶胞:为了反映晶格的对称性,选取了较大的周期单元,我们称晶体学中选 取的单元为单胞. 4.倒格子,倒格子基矢;(p16) 5. 独 立对 称操 作:m、 i、1、2、 3、4、 6、 6.七个 晶系、 十四 种布 拉伐格子;(p35) 答:

7.第一布里渊区:倒格子原胞 答:在倒格子中取某一倒格点为原点,做所有倒格矢G 的垂直平分面,这些平面将倒格子空间分成许多包围原点的多面体,其中与原点最近的多面体称为第一布里渊区。 8.基矢为 的晶体为何种结构;若 又为何种结构? 解:计算晶体原胞体积: 由原胞推断,晶体结构属体心立方结构。 若 则 由原胞推断,该晶体结构仍属体心立方结构。 9.固体结合的基本形式及基本特点。(p49p55、57p67p69 答:离子型结合以离子而不是以原子为结合的单位,共价结合是靠两个原子各贡献一个电子,形成所谓的共价键,具有饱和性和方向性。金属性结合的基本特点是电子的共有化,在晶体内部一方面是由共有化电子形成的负电子云,另一方面是侵在这个负电子云中的带正点的各原子实。范德瓦尔斯结合往往产生于原来有稳固电子结构的原子或分子间,是一种瞬时的电偶极矩的感应作用。 10.是否有与库仑力无关的晶体结合类型? 答:共价结合中,电子虽然不能脱离电负性大的原子,但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子,形成电子共享形式,通过库仑力把两个原子连接起来。离子晶体中,正负离子的吸引力就是库仑力。金属结合中,原子依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着。分子结合中,是电偶极矩把原本分离的原子结合成晶体,电偶极矩的作用力实际上就是库仑力。氢键结合中,氢先与电负性大的原子形成共价结合后,氢核与负电中心不再重合,迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合。可见,所有晶体结合类型都与库仑力有关。 11.为什么许多金属为密堆积结构? 答:金属结合中,受到最小能量原理的约束要求原子实与共有电子电子云间的库仑能要尽可能的低(绝对值尽可能的大原子实越紧凑,原子实与共有电子电子云靠的越紧密,库仑能越低,因此,许多金属结构为密积结构。 12.引入玻恩——卡门条件的理由是什么? 答:由原子运动方程可知,除原子链两端的两个原子外其他任一个原子的运动都与相邻的两个原子运动相关,原子链两端的两个原子只有一个相邻原子,其运动方程同其他原子不同,引入玻恩——卡门条件方便于求解运动方程。 并且引入玻恩——卡门条件后 ,实验测得的振动谱与理论相符的事实说明玻恩——卡门边界条件是目前较好的一个边界条件。 13.长光学支格波与长声学支格波本质上有何差别? 答:长光学支格波的特征是每个原胞内的不同原子作相对振动,振动频率较高,它包含了晶格振动频率最高的振动模式。长声学支格波的特征是原胞内的不同原子没有相对位移,原胞作整体运动,振动频率较低,他包含了晶格振动频率最低的振动模式,波速是一常数。任何晶体都存在声学支格波,但简单晶格晶体不存在光学支格波。 14.布洛赫定理(p145) 15.紧束缚模型电子的能量是正值还是负值 答:紧束缚模型电子在原子附近的几率大,远离原子的几率很小,在原子附近它的行为同在孤立原子的行为相近,因此紧束缚模型电子能量与在孤立原子中的能量相近,孤立原子中电子能量是一个负值,所以紧束缚模型电子能量是一负值。 16.本征半导体的能带与绝缘体的能带有何异同? 答:在低温下,本征半导体能带与绝缘体的能带结构相同。但是本征半导体禁带较窄,禁带宽度在2个电子伏特以下。由于禁带窄,本征半导体禁带下满带顶的电子可以借助热激发跃迁到禁带上面空带底部,使得满带不满,空带不空,二者都对导电有贡献。 i a a =1j a a =2)(2 3k j i a a ++=i a k j a a 2 3)(23 ++=22 22000 0)(3 321a a a a a a a a a ==??=Ω

电子科技大学固体物理期末试题.(DOC)

电子科技大学二零零 六 至二零零 七 学年第 二 学期期 末 考试 固体电子学 课程考试题 卷 ( 分钟) 考试形式: 考试日期 200 7 年 7 月 日 课程成绩构成:平时 20 分, 期中 10 分, 实验 0 分, 期末 70 分 一. 填空(共30分,每空2分) 1. Si 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 ) (2 1k j a a , ) (2 2k 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

固体物理期末考试复习资料——简答题部分

m m =→=?2cos -1AB B'A'()?2cos -1AB B'A'=第一章 1、晶体与非晶体、多晶体、准晶体及其液晶之间的区别和联系? 晶体 —— 原子按一定的周期排列规则的固体(长程有序) 准 晶—— 有长程的取向序,沿取向序的对称轴方向 有准周期性,但无长程周期性 非晶体 —— 原子的排列没有明确的周期性(短程有序) 液晶-------晶体加热至T1,转变为介于固体和液体间的物质,一维或二维方向长程有序。 2、如何理解“晶体结构=基元+空间点阵”及其“晶格原胞=空间点阵原胞+基元”这两个等式的含义? 空间点阵: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 基 元:一个格点所代表的物理实体。组成晶体的最小结构单元。 把基元抽象成为一点,则晶体抽象成为空间点阵。基元中原子数目可以为一个或多个。 (空间点阵原胞是指将原子看成一个个格点而形成的纯几何上的最小重复单元;而晶格原胞是代表实际的晶体中最小重复单元,也就是说除了几何格点之外还代表格点上的原子。而基元就是指这些在格点上的具体实物,原子) 2、原胞与基元之间的区别和联系? 以节点为顶点,边长等于三个晶轴方向上周期的平行六面体作为最小重复单元---原胞。 基 元:一个格点所代表的物理实体。组成晶体的最小结构单元。 3、试简述“Wigner -Seitz 原胞”确定方法,并证明这种晶胞可以填满整个空间 以某个格点为中心,作于其邻格点连线的垂直平分面,平面构成的最小体积为Wigner-Seitz 原胞。证明略。 4、为什么晶体对称性不存在五重轴? 证明,BA 绕A 转,B 到B ’;AB 绕B 转,A 到A ’ M=-1,0,1,2,3 (图略) 5、从几何角度理解7大晶系、14种布拉非格子特点。略。课本第7页。 6、体心立方和面心立方的晶格和原胞各有什么特点?如何画出一个晶格的原胞? 特点略。课本第7页。 以节点为顶点,边长等于三个晶轴方向上周期的平行六面体作为最小重复单元。(可能不太准确) 7、晶面指数和晶向指数如何标定?对于晶面指数和晶向指数相同的晶面和晶向之间有什么关系,试证明之。 所有的格点都在一族相互平行的等间距的平面上——晶面 不过原点的任意晶面在轴矢上的截距取倒数,然后互质化[h,k,l]。---晶面指数 晶列:连接任意两个结点(格点)的直线,晶列取向称之为晶向 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]。· 8、为什么说面间距大的晶面族,面上格点(同时也是原子)的密度较高? 面密度=体密度?面间距(对于布拉伐格子,体密度为 常数) 9、面心立方和体心立方以及六方密堆结构的晶胞和原胞各有何特点,及其特征原子坐标表达式?三种结构配位数各是多少?试结合图示进行解释。 单位晶胞的格点数:体心立方2个,面心立方4个 原胞体积:体心立方1/2*a^3,面心立方1/4*a^3 配位数:六方密堆结构为12,堆积比为0.74. 面心立方的为12. 体心立方为8. 特征原子坐标表达式略。 10、金刚石结构及其闪锌矿结构特点(原子排布结构、配位数)及其惯用晶胞中原子坐标? 每个晶胞有8个碳原子,配位数为4,碳原子构成的一个面心立方原胞内还有四个原子分别位于四个空间对角线的 1/4处。一个碳原子和其它四个碳原子构成一个正四面体。 11、扫描隧道显微镜的工作原理? 隧道电流 I 对针尖与样品表面之间的距离 s 极为敏感,如果 s 减小0.1nm ,隧道电流就会增加一个数量级。当

固体物理基础课后1到10题答案

一.本章习题 P272习题 1.试证理想六方密堆结构中c/a=. 一. 说明: C 是上下底面距离,a 是六边形边长。 二. 分析: 首先看是怎样密堆的。 如图(书图(a),P8),六方密堆结构每个格点有12个近邻。 (同一面上有6个,上下各有3个) 上下底面中间各有一个球,共有六个球与之相切,每个球直径为a 。 中间层的三个球相切,又分别与上下底面的各七个球相切。球心之间距离为a 。 所以球心之间即格点之间距离均为a (不管是同层还是上下层之间)。 三. 证明: 如图OA=a ,OO ’=C/2(中间层是上下面层的一半),AB=a O ’是ΔABC 的三垂线交点 3 3 'a AB AO = = ∴ (由余弦定理 ) 330cos 2,30cos 230cos 2222a a x x a ax x a x ===-+=οο ο 633.13 22384132)2()2()3 ()2(2 22 222 22 2 2' '≈===∴+=+=+ =a c c a a c a a c OA AO OO

2.若晶胞基矢c b a ρ ρρ,,互相垂直,试求晶面族(hkl )的面间距。 一、分析: 我们想到倒格矢与面间距的关系G d ρπ 2=。 倒格矢与晶面族 (hkl )的关系321b l b k b h G ρρρρ ++= 写出)(321b b b ρρρ与正格子基矢 )(c b a ρ ρρ的关系。即可得与晶面族(hkl ) 垂直的倒格矢G ρ。进而求 得此面间距d 。 二、解: c b a ρρρΘ,,互相垂直,可令k c c j b b i a a ρρρρρρ ===,, 晶胞体积abc c b a v =??=)(ρ ρρ 倒格子基矢: k c j b i a abc b a v b j b i a k c abc a c v b i a k c j b ab c c b v b ρρρρρρρρρρρρρρρρρρπππππππππ2)(2)(22)(2)(22)(2)(2321=?=?==?=?==?=?= 而与 (hkl )晶面族垂直的倒格矢 2 22321)()()(2) (2c l b k a h G k c l j b k i a h b l b k b h G ++=∴++=++=ππρρρρρρρρ 故(hkl ) 晶面族的面间距 2222 22)()()(1)()()(222c l b k a h c l b k a h G d ++= ++= =ππ π ρ

固体物理期末套试题.docx

1. Si 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 a1a ( j k )a2 a (i k )a3 a (i j ) 表示2,2,2。假设其结晶学原胞的体积 为a 1 a3 3 ,则其固体物理学原胞体积为 4 。 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 a i b j 2ij { 2 (i j ) 0( i j ) ,由倒格子基矢菲格子;倒格子基矢与正格子基矢满足 K h l1b1l 2b2 l3b3 (l1, l2, l3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利不相容原理的限制,不能参与热激发,只有在 E F附近约参与热激发,对金属的比热有贡献。 C V e= T E F,由于受到泡K B T 范围内电子 在高温时 C V e 相对 C Vl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. 0.76 B.0.74 C. 0.68 D.0.62 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 C.230 个 D.320 个 4、晶格常数为的一维双原子链,倒格子基矢的大小为D。

固体物理期末试卷及参考解答B

固体物理期末试卷及参 考解答B IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

课程编号: 课程名称: 固体物理 试卷类型: 、 卷 卷 考试时间: 120 分钟 1.什么是晶面指数什么是方向指数它们有何联系 2.请写出布拉格衍射条件,并写出用波矢和倒格矢表示的衍射条件。 3. 为什么组成晶体的粒子(分子、原子或离子)间的相互作用力除吸引力还要有排斥 力排斥力的来源是什么 4.写出马德隆常数的定义,并计算一维符号交替变化的无限长离子线的马德隆常 数。 5.什么叫声子?长光学支格波与长声学支格波的本质上有何区别? 6.温度降到很低时。爱因斯坦模型与实验结果的偏差增大,但此时,德拜模型却与 实验结果符合的较好。试解释其原因。 7. 自由电子模型的基态费米能和激发态费米能的物理意义是什么费米能与那些因素有 关 8.什么是弱周期场近似按照弱周期场近似,禁带产生的原因是什么 9. 什么是本征载流子什么是杂质导电 10.什么是紧束缚近似按照紧束缚近似,禁带是如何产生的

二、计算题(本大题共5小题,每小题10分,共50分) 1. 考虑一在球形区域内密度均匀的自由电子气体,电子系统相对于等量均匀正电荷背景有一小的整体位移,证明在这一位移下系统是稳定的,并给出这一小振动问题的特征频率。 2. 如将布拉维格子的格点位置在直角坐标系中用一组数),,(321n n n 表示,证明:对于 面心立方格子,i n 的和为偶数。 3. 设一非简并半导体有抛物线型的导带极小,有效质量m m 1.0=*,当导带电子具有k T 300=的平均速度时,计算其能量、动量、波矢和德布罗意波长。 4. 对于原子间距为a ,由N 个原子组成的一维单原子链,在德拜近似下, (1)计算晶格振动频谱; (2)证明低温极限下,比热正比于温度T 。 5. 对原子间距为a 的由同种原子构成的二维密堆积结构, (1)画出前三个布里渊区; (2)求出每原子有一个自由电子时的费米波矢; (3)给出第一布里渊区内接圆的半径; (4)求出内接圆为费米圆时每原子的平均自由电子数; (5)平均每原子有两个自由电子时,在简约布里渊区中画出费米圆的图形。 固体物理B 卷 参考答案 一、简答题(本大题共10小题,每小题5分,共50分) 1.晶面指数:晶面在在坐标轴上的截距的倒数的最简整数比。 方向指数:垂直于晶面的矢量,晶面指数为(hkl ),则方向指数为[hkl] 联系:方向[hkl]垂直于具有相同指数的晶面(hkl).

固体物理基础解答吴代鸣

固体物理基础解答吴代鸣

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1.试证理想六方密堆结构中c/a =1.633. 证明: 如图所示,六方密堆结构的两个晶格常数为a 和c 。右边为底面的俯视图。而三个正三角形构成的立体结构,其高度为 2.若晶胞基矢c b a ,,互相垂直,试求晶面族(hkl )的面间距。 解: c b a ,,互相垂直,可令k c c j b b i a a ===,, 晶胞体积abc c b a v =??=)( 倒格子基矢: k c j b i a abc b a v b j b i a k c abc a c v b i a k c j b ab c c b v b πππππππππ2)(2)(22)(2)(22)(2)(2321=?=?==?=?==?=?= 而与 (h kl )晶面族垂直的倒格矢 2 22321)()()(2) (2c l b k a h G k c l j b k i a h b l b k b h G ++=∴++=++=ππ 故(hkl ) 晶面族的面间距 2222 22)()()(1)()()(222c l b k a h c l b k a h G d ++= ++= =ππ π

3.若在体心立方晶胞的每个面中心处加一个同类原子,试说明这种晶体的原胞应如何选择?每个原胞含有几个原子? 答: 通过分析我们知道,原胞可选为简单立方,每个原胞中含有5个原子。 体心,八个顶点中取一个,对面面心各取一个原子(即三个)作为基元。布拉菲晶格是简单立方格子。 4.试求面心立方结构的(111)和(110)面的原子面密度。 解: (111)面 平均每个(111)面有22 1 3613=?+?个原子。 (111)面面积 ()222232 322)2 2( )2(22 1 a a a a a a =?= -? 所以原子面密度2 2)111(34 2 32a a = = σ (110)面 平均每个(110)面有22 1 2414=?+? 个原子。 (110)面面积2 22a a a =? 所以(110)面原子面密度22 )110(2 22a a ==σ 5.设二维矩形格子的基矢为j a a i a a 2,21==,试画出第一、二、三、布里渊区。 解: 倒格子基矢: j b j a j a j ax x a a a a v b k x a i a x i a x a a a a v b 113233212 12212222)(2) (2222)(2===??=?===??=?=πππππππ 所以倒格子也是二维矩形格子。2b 方向短一半。 最近邻;,22b b - 次近邻;2,2,,2211b b b b -- 再次近邻;,,,12122121b b b b b b b b ---+- 再再次近邻;3,322b b - 做所有这些点与原点间连线的垂直平分线,围成布里渊区。再按各布里渊区的判断原则进行判断,得: 第一布里渊区是一个扁长方形; 第二布里渊区是2块梯形和2块三角形组成; 第三布里渊区是2对对角三角和4个小三角以及2个等腰梯形组成。

北京化工大学固体物理期末试题-2009-答案

北京化工大学2008—2009学年第二学期 《固体物理学》期末考试试卷 班级:____________ 姓名:______________ 学号:____________ 分数:_________ 一、简答题(每小题5分,共35分) 1.写出面心立方结构的基矢并证明其倒格子为体心立方。 )(2 1k j a a += )(22k i a a += )(23j i a a += )(2)(2321k j i a a a b ++-=Ω?=ππ )(22k j i a b +-=π )(21k j i a b -+=π 所以面心立方结构的倒格子为体心立方 2.具有面心立方结构的某元素晶体,给出其多晶样品的X 射线衍射谱中衍射角最小的三个衍射峰相应的面指数。 衍射面指数为(111)(200)(220),面指数为(111)(100)(110) 3.说明能带理论的三个基本近似? 作为能带论基础的三个假设为:绝热近似、平均场近似(单电子近似)和周期场近似。 绝热近似:在考虑晶体中电子的运动时,可以认为原子实(原子核)是固定不动的,使一个多粒子问题简化为多电子问题。平均场近似:用一种平均场来代替价电子之间的相互作用,即假定每个电子的势能均相同,而使多电子问题简化为单电子问题。周期场近似:单电子薛定谔方程中的势能项具有晶格周期性,因此电子是在一个周期性势场中运动。 4.对惰性气体元素晶体,原子间的相互作用常采用勒纳德-琼斯势,])()[(4)(612r r r u σ σε-=,其中ε和σ为待定常数,r 为两原子间的距离,说明式中两项的物理意义及物理来源。 第一项为原子之间的相互排斥力,起源于泡利不相容原理;第二项表示原子之间的相互吸引力,起源于原子的瞬时偶极矩的吸引作用。 5.晶体中位错有几种类型?各有什么特点。 刃型位错,螺型位错。刃型位错的位错线同滑移方向垂直,螺型位错的位错线同滑移方向平行。 6.说明德哈斯-范阿尔芬效应的物理机制。

固体物理期末套试题

固体物理期末套试题 Revised as of 23 November 2020

1. Si 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 == ≠==?ππδ ,由倒格子基矢b l b l b l K ++=(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?

固体物理基础答案解析吴代鸣

1.试证理想六方密堆结构中c/a=1.633. 证明: 如图所示,六方密堆结构的两个晶格常数为a 和c 。右边为底面的俯视图。而三个正三角形构成的立体结构,其高度为 2.若晶胞基矢c b a ,,互相垂直,试求晶面族(hkl )的面间距。 解: c b a ,,互相垂直,可令k c c j b b i a a ,, 晶胞体积abc c b a v )( 倒格子基矢: k c j b i a abc b a v b j b i a k c abc a c v b i a k c j b ab c c b v b 2)(2)(22)(2)(22)(2)(2321 而与 (hkl )晶面族垂直的倒格矢 2 22321)()()(2) (2c l b k a h G k c l j b k i a h b l b k b h G 故(hkl ) 晶面族的面间距 2222 22)()()(1)()()(222c l b k a h c l b k a h G d 3.若在体心立方晶胞的每个面中心处加一个同类原子,试说明这种晶体的原胞应如何选择?每个原胞含有几个原子? 答: 通过分析我们知道,原胞可选为简单立方,每个原胞中含有5个原子。 体心,八个顶点中取一个,对面面心各取一个原子(即三个)作为基元。布拉菲晶格是简单立

方格子。 4.试求面心立方结构的(111)和(110)面的原子面密度。 解: (111)面 平均每个(111)面有22 1 3613 个原子。 (111)面面积 222232 322)2 2( )2(22 1 a a a a a a 所以原子面密度2 2)111(34 2 32a a (110)面 平均每个(110)面有22 1 2414 个原子。 (110)面面积2 22a a a 所以(110)面原子面密度22 )110(2 22a a 5.设二维矩形格子的基矢为j a a i a a 2,21 ,试画出第一、二、三、布里渊区。 解: 倒格子基矢: j b j a j a j ax x a a a a v b k x a i a x i a x a a a a v b 113233212 12212222)(2) (2222)(2 所以倒格子也是二维矩形格子。2b 方向短一半。 最近邻;,22b b 次近邻;2,2,,2211b b b b 再次近邻;,,,12122121b b b b b b b b 再再次近邻;3,322b b 做所有这些点与原点间连线的垂直平分线,围成布里渊区。再按各布里渊区的判断原则进行判断,得: 第一布里渊区是一个扁长方形; 第二布里渊区是2块梯形和2块三角形组成; 第三布里渊区是2对对角三角和4个小三角以及2个等腰梯形组成。 6.六方密堆结构的原胞基矢为:

固体物理期末考试试卷

固体物理学期末考试卷 一. 填空题(共30分,每题3分) 1.固体结合的四种基本形式为:、、 、。 2.共价结合有两个基本特征 是: 和。 3.结合能是 指: 。 4.晶体中的表示原子的平衡位置,晶格振动是 指在格点附近的振动。 5.作简谐振动的格波的能量量子称为,若电子从晶格获得 q能量,称为,若电子给晶格 q能量,称为。 6. Bloch定理的适用范围(三个近似)是 指:、 、。 7.图1为固体的能带结构示意图,请指出图(a) 为, 图(b)为,图(c)为。 图1 8.晶体缺陷按范围分类可分为、、 。

9.点缺陷对材料性能的影响主要为:、 、 、 。 10. 扩散是物质内部由于热运动而导致原子或分子迁移的过程,扩散从微观上讲,实际上是。 二.简答题(共10分,每题5分) 1.在研究晶格振动问题中,爱因斯坦模型和德拜模型的物理思想是什么? 2.在能带理论中,近自由电子近似模型和紧束缚近似模型的物理思想是什么? 三.计算题(共60分,每题10分) 1. 证明: 体心立方晶格的倒格子是面心立方; 面心立方晶格的倒格子是体心立方。 2.证明:倒格子矢量垂直于密勒指数为的晶面系。 3.证明两种一价离子(如NaCl)组成的一维晶格的马德隆常数为: α= 2ln2 4. 设三维晶格的光学振动在q=0附近的长波极限有 求证:频率分布函数为

5.设晶体中每个振子的零点振动能为,试用德拜模型求晶体的零点振动能。 6. 电子周期场的势能函数为 其中a=4b,ω为常数 (1) 试画出此势能曲线,并求其平均值。 (2) 用近自由电子近似模型求出晶体的第一个及第二个带隙宽度。

东南大学固体物理基础课后习题解答

《电子工程物理基础》课后习题参考答案 第一章 微观粒子的状态 1-一维运动的粒子处在下面状态 (0,0)() (0) x Axe x x x λλψ-?≥>=? =??==?

固体物理概念答案

1. 基元,点阵,原胞,晶胞,布拉菲格子,简单格子,复式格子。 基元:在具体的晶体中,每个粒子都是在空间重复排列的最小单元; 点阵:晶体结构的显著特征就是粒子排列的周期性,这种周期性的阵列称为点阵; 原胞:只考虑点阵周期性的最小重复性单元; 晶胞:同时计及周期性与对称性的尽可能小的重复单元; 布拉菲格子:是矢量Rn=mA1+nA2+lA3全部端点的集合,A1,A2,A3分别为格点到邻近三个不共面格点的矢量; 简单格子:每个基元中只有一个原子或离子的晶体; 复式格子:每个基元中包含一个以上的原子或离子的晶体; 2. 晶体的宏观基本对称操作,点群,螺旋轴,滑移面,空间群。 宏观基本对称操作:1、2、3、4、6、i 、m 、4, 点群:元素为宏观对称操作的群 螺旋轴:n 度螺旋轴是绕轴旋转2/n π与沿转轴方向平移T t j n =的复合操作 滑移面:对某一平面作镜像反映后再沿平行于镜面的某方向平移该方向周期的一半的复合操作 空间群:保持晶体不变的所有对称操作 3. 晶向指数,晶面指数,密勒指数,面间距,配位数,密堆积。 晶向(列)指数:布拉菲格子中所有格点均可看作分列在一系列平行直线族上,取一个格点沿晶向到邻近格点的位移基失由互质的(l1/l2/l3)表示; 晶面指数:布拉菲格子中所有格点均可看作分列在一系列平行平面族上,取原胞基失为坐标轴取离原点最近晶面与三个基失上的截距的倒数由互质的(h1/h2/h3)表示; 密勒指数:晶胞基失的坐标系下的晶面指数; 配位数:晶体中每个原子(离子)周围的最近邻离子数称之为该晶体的配位数; 面间距:晶面族中相邻平面的间距; 密堆积:空间内最大密度将原子球堆砌起来仍有周期性的堆砌结构; 4. 倒易点阵,倒格子原胞,布里渊区。 倒易点阵:有一系列在倒空间周期性排列的点-倒格点构成。倒格点的位置可由倒格子基矢表示,倒格子基矢由…确定 倒格子原胞:倒空间的周期性重复单元(区域),每个单元包含一个倒格点 布里渊区:在倒格子中如以某个倒格点作为原点,画出所有倒格矢的垂直平分面,可得到倒格子的魏格纳塞茨原胞,即第一布里渊区 5. 布拉格方程,劳厄方程,几何结构因子。 劳厄方程0(s s )m m R S λ?-= 布拉格方程2sin hkl d m θλ=

(完整版)固体物理答案2

固体物理部分题目答案 注:这些题目可能与课本上有出入,大家抄题时以课本为主。还有其它题目请大家自己解决。 (本题可能与5.3题有关)6.3若将银看成具有球形费米面的单价金属,计算以下各量 1)费密能量和费密温度 2)费米球半径 3)费米速度 4) 费米球面的横截面积 5) 在室温以及低温时电子的平均自由程 解 1)费密能量2 022/3(3)2F E n m π=h 210/3(3)F k n π= 6293 313410.5100.58610/107.87 9.11101.0510A n N m m kg J s --=??=?=?=??h 0198.8210 5.5F E J eV -=?= 费密温度046.410F F B E T K k ==? 2) 费密球半径 020()2F F k E m =h 0F k =0198.8210F E J -=? 01011.210F k m -=? 3) 费密速度0F F k v m =h 61.3810F v m s =? 4) 费密球面的横截面积02022(sin )sin F F S k k πθπθ== ――θ是F k u u r 与z 轴间夹角 21/3(3)F k n π= 2223 (3)sin S n ππθ= 5) 在室温以及低温时电子的平均自由程 电导率1σρ = 20()1 F nq E m τρ= 驰豫时间02()F m E nq τρ=平均自由程0()F F l v E τ= 2F mv l nq ρ=2F k nq ρ =h 0 K 到室温之间的费密半径变化很小01011.210F F k k m -==? 平均自由程02F k l nq ρ=h 将 19293 34010162956201.6100.58610/1.05101.2101.61100.03810F T K T K q C n m J s k m cm cm ρρ----=-==?=?=??=?=?Ω?=?Ω?h 代入 8295 5.241052.4T K l m nm -==?= 6320 2.210 2.210T K l m nm -==?=? 6.2已知一维晶体的电子能带可写成)2cos cos ()(818722 ka ka ma k E +-=η式中a 为晶格常数, 试求:(i)能带宽度 )2cos cos ()(818722 ka ka ma k E +-=η (ii)电子在波矢k 时的速度 (iii)能带底和顶的有效质量 解:(i) 0=dk dE 可解得:

固体物理基础答案解析吴代鸣复习课程

固体物理基础答案解 析吴代鸣

1.试证理想六方密堆结构中c/a=1.633. 证明: 如图所示,六方密堆结构的两个晶格常数为a 和c 。右边为底面的俯视图。而三个正三角形构成的立体结构,其高度为 2.若晶胞基矢c b a ,,互相垂直,试求晶面族(hkl )的面间距。 解: c b a ,,互相垂直,可令k c c j b b i a a ===,, 晶胞体积abc c b a v =??=)( 倒格子基矢: k c j b i a abc b a v b j b i a k c abc a c v b i a k c j b ab c c b v b πππππππππ2)(2)(22)(2)(22)(2)(2321=?=?==?=?==?=?= 而与 (hkl )晶面族垂直的倒格矢 2 22321)()()(2) (2c l b k a h G k c l j b k i a h b l b k b h G ++=∴++=++=ππ 故(hkl ) 晶面族的面间距

2222 22)()()(1)()()(222c l b k a h c l b k a h G d ++= ++= =ππ π 3.若在体心立方晶胞的每个面中心处加一个同类原子,试说明这种晶体的原胞应如何选择?每个原胞含有几个原子? 答: 通过分析我们知道,原胞可选为简单立方,每个原胞中含有5个原子。 体心,八个顶点中取一个,对面面心各取一个原子(即三个)作为基元。布拉菲晶格是简单立方格子。 4.试求面心立方结构的(111)和(110)面的原子面密度。 解: (111)面 平均每个(111)面有22 1 3613=?+?个原子。 (111)面面积( )222232 322)2 2( )2(221 a a a a a a =?= -? 所以原子面密度2 2)111(34 2 32a a = = σ (110)面 平均每个(110)面有22 1 2414=?+? 个原子。 (110)面面积222a a a =? 所以(110)面原子面密度2 2 )110(222a a = = σ 5.设二维矩形格子的基矢为j a a i a a 2,21==,试画出第一、二、三、布里渊区。 解: 倒格子基矢: j b j a j a j ax x a a a a v b k x a i a x i a x a a a a v b 113233212 12212222)(2) (2222)(2===??=?===??=?=πππ ππππ 所以倒格子也是二维矩形格子。2b 方向短一半。

固体物理期末3套试题

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 == ≠==?ππδ ,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

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