固体物理学基础概念

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物理学中的固体物理学基础知识点

物理学中的固体物理学基础知识点

物理学中的固体物理学基础知识点固体物理学是物理学的分支学科,研究固体材料的性质、结构和行为。

本文将介绍一些固体物理学的基础知识点,包括晶体结构、声子和电子等。

一、晶体结构晶体是由原子、分子或离子组成,具有一定的周期性结构。

晶体结构包括晶格和基元两个基本概念。

1. 晶格晶格是指晶体中重复出现的基本单元,可以看作是无限重复的点阵。

晶体的晶格有五种常见结构类型:立方晶系、正交晶系、单轴晶系、菱面晶系和三斜晶系。

不同类型的晶格具有不同的对称性。

2. 基元基元是指晶体中最小的重复单元,其组合可以构成整个晶体。

基元可以是一个原子、一对原子或一组原子。

例如,钠氯化物晶体的基元是由一个钠离子和一个氯离子构成的。

二、声子声子是固体中振动的量子态,对应于晶体中原子的振动模式。

声子的产生和传播与晶体的结构和原子间相互作用有关。

声子的性质及其在固体物理中的作用有很多研究,其中最重要的是声子在热传导中的角色。

声子的传播会导致热量的传递,因此理解声子的性质对于材料的热导率和热电性能的研究具有重要意义。

三、电子固体中的电子是固体物理学中的重要研究对象。

电子在晶体中的行为由量子力学描述,其中包括能带理论、费米面和导电性等。

1. 能带理论能带理论是描述固体中电子能级分布的理论。

在晶体中,原子间的相互作用导致原子能级发生分裂,形成能带。

根据氢原子能级的经验规则,能带可以分为价带和导带。

2. 费米面固体中电子的分布状态由费米面决定。

费米面是能带理论中的重要概念,描述了能量最高的占据态与能量最低的未占据态之间的分界面。

3. 导电性固体材料的导电性与其中的电子行为密切相关。

根据电子在能带中的填充情况,材料可以被分为导体、绝缘体和半导体。

导体中的能带存在部分填充的状态,电子可以自由移动,并且易于形成电流。

绝缘体中的能带被完全填满,电子难以进行移动。

半导体的能带填充情况介于导体和绝缘体之间,通过施加外加电场或温度变化可以改变其导电性。

总结:固体物理学是物理学的重要分支,研究固体材料的性质和行为。

固体物理学概论

固体物理学概论

固体物理学概论固体物理学是研究物质的结构和性质的一门学科,它涵盖了领域广泛且深奥的知识。

本文将为读者介绍固体物理学的基础知识和主要研究内容。

一、晶体结构晶体是物质在固态中具有长程有序的结构,其原子、离子或分子按照规则排列。

晶体结构对物质的性质和功能具有重要影响。

固体物理学研究晶体结构的方法和特性,发展了晶体学的基本理论。

1. 空间点阵空间点阵是描述晶体结构的重要工具,它由一组等距离的格点所组成。

常见的点阵有简单立方点阵、面心立方点阵和体心立方点阵等。

这些点阵可以通过平移和旋转操作来描述晶体的周期性。

2. 晶胞和晶格晶胞是晶体中基本重复单元,它由一组原子、离子或分子构成。

晶格是由晶胞组成的整体结构,它描述了晶体中原子的排列方式。

晶胞和晶格可以通过晶体学的实验方法进行确定。

二、电子结构电子结构是固体物理学中的核心内容,它研究了电子在晶体中的行为和性质。

电子结构决定了物质的导电性、磁性以及光学性质等。

1. 能带理论能带理论是描述晶体中电子分布的重要理论模型。

根据能量分布,电子在晶体中具有禁带和能带的概念。

导带和价带之间的能隙决定了物质的导电性质。

2. 费米能级费米能级是描述固体中电子填充状态的参考能量。

它决定了电子在晶体中的分布规律,以及固体的导电性质。

费米能级的位置和填充程度影响了物质的导电性。

三、磁性和磁性材料磁性是固体物理学研究的另一个重要方向。

固体材料在外加磁场下表现出不同的磁性行为,如铁磁性、顺磁性和反铁磁性等。

1. 磁化强度和磁矩磁化强度是描述材料对磁场响应的物理量,它与材料中的磁矩相关。

磁矩是材料中带有自旋的原子或离子产生的磁场。

2. 磁性材料的分类磁性材料可以根据其磁性行为进行分类。

铁磁材料在外加磁场下显示出强烈的磁化行为,顺磁材料对外加磁场表现出弱磁化行为,而反铁磁材料在一定温度下表现出特殊的磁性行为。

四、光学性质固体物理学还研究了固体材料的光学性质。

物质在光场中的相互作用导致了光的传播、吸收和散射等现象。

《固体物理学》概念和习题 答案

《固体物理学》概念和习题 答案

《固体物理学》概念和习题固体物理基本概念和思考题:1.给出原胞的定义。

答:最小平行单元。

2.给出维格纳-赛茨原胞的定义。

答:以一个格点为原点,作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线),由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即是维格纳-赛茨原胞。

3.二维布喇菲点阵类型和三维布喇菲点阵类型。

4. 请描述七大晶系的基本对称性。

5. 请给出密勒指数的定义。

6. 典型的晶体结构(简单或复式格子,原胞,基矢,基元坐标)。

7. 给出三维、二维晶格倒易点阵的定义。

8. 请给出晶体衍射的布喇格定律。

9. 给出布里渊区的定义。

10. 晶体的解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面?为什么?11. 写出晶体衍射的结构因子。

12. 请描述离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体的结合力形式。

13. 写出分子晶体的雷纳德-琼斯势表达式,并简述各项的来源。

14. 请写出晶格振动的波恩-卡曼边界条件。

15. 请给出晶体弹性波中光学支、声学支的数目与晶体原胞中基元原子数目之间的关系以及光学支、声学支各自的振动特点。

(晶体含N个原胞,每个原胞含p个原子,问该晶体晶格振动谱中有多少个光学支、多少个声学支振动模式?)16. 给出声子的定义。

17. 请描述金属、绝缘体热容随温度的变化特点。

18. 在晶体热容的计算中,爱因斯坦和德拜分别做了哪些基本假设。

19. 简述晶体热膨胀的原因。

20. 请描述晶体中声子碰撞的正规过程和倒逆过程。

21. 分别写出晶体中声子和电子分别服从哪种统计分布(给出具体表达式)?22. 请给出费米面、费米能量、费米波矢、费米温度、费米速度的定义。

23. 写出金属的电导率公式。

24. 给出魏德曼-夫兰兹定律。

25. 简述能隙的起因。

26. 请简述晶体周期势场中描述电子运动的布洛赫定律。

27. 请给出在一级近似下,布里渊区边界能隙的大小与相应周期势场的傅立叶分量之间的关系。

28. 给出空穴概念。

29. 请写出描述晶体中电子和空穴运动的朗之万(Langevin)方程。

固体物理知识点总结

固体物理知识点总结

一、考试重点晶体结构、晶体结合、晶格振动、能带论的基本概念和基本理论和知识二、复习内容第一章晶体结构基本概念1、晶体分类及其特点:单晶粒子在整个固体中周期性排列非晶粒子在几个原子范围排列有序(短程有序)多晶粒子在微米尺度内有序排列形成晶粒,晶粒随机堆积准晶体粒子有序排列介于晶体和非晶体之间2、晶体的共性:解理性沿某些晶面方位容易劈裂的性质各向异性晶体的性质与方向有关旋转对称性平移对称性3、晶体平移对称性描述:基元构成实际晶体的一个最小重复结构单元格点用几何点代表基元,该几何点称为格点晶格、平移矢量基矢确定后,一个点阵可以用一个矢量表示,称为晶格平移矢量基矢元胞以一个格点为顶点,以某一方向上相邻格点的距离为该方向的周期,以三个不同方向的周期为边长,构成的最小体积平行六面体。

原胞是晶体结构的最小体积重复单元,可以平行、无交叠、无空隙地堆积构成整个晶体。

每个原胞含1个格点,原胞选择不是唯一的晶胞以一格点为原点,以晶体三个不共面对称轴(晶轴)为坐标轴,坐标轴上原点到相邻格点距离为边长,构成的平行六面体称为晶胞。

晶格常数WS元胞以一格点为中心,作该点与最邻近格点连线的中垂面,中垂面围成的多面体称为WS原胞。

WS原胞含一个格点复式格子不同原子构成的若干相同结构的简单晶格相互套构形成的晶格简单格子点阵格点的集合称为点阵布拉菲格子全同原子构成的晶体结构称为布拉菲晶格子。

4、常见晶体结构:简单立方、体心立方、面心立方、金刚石闪锌矿铅锌矿氯化铯氯化钠钙钛矿结构5、密排面将原子看成同种等大刚球,在同一平面上,一个球最多与六个球相切,形成密排面密堆积密排面按最紧密方式叠起来形成的三维结构称为密堆积。

六脚密堆积密排面按AB\AB\AB…堆积立方密堆积密排面按ABC\ABC\ABC…排列5、晶体对称性及分类:对称性的定义晶体绕某轴旋转或对某点反演后能自身重合的性质对称面对称中心旋转反演轴8种基本点对称操作14种布拉菲晶胞32种宏观对称性7个晶系6、描述晶体性质的参数:配位数晶体中一个原子周围最邻近原子个数称为配位数。

固体物理学基础晶体衍射与布拉格定律

固体物理学基础晶体衍射与布拉格定律

固体物理学基础晶体衍射与布拉格定律晶体衍射是固体物理学中的重要概念,它通过分析光线或粒子在晶体结构上的散射和干涉现象,揭示了晶体的微观结构信息。

而布拉格定律则是晶体衍射的基础,它描述了入射光线或粒子在晶体上的散射条件。

本文将从晶体衍射的原理和特点出发,详细介绍晶体衍射与布拉格定律的相关内容。

一、晶体衍射的原理和特点晶体衍射是由于晶体的周期性结构导致的光线或粒子的散射和干涉现象。

当入射光线或粒子遇到晶体的原子或离子时,会受到晶体中的电场或电荷分布的相互作用,并发生散射。

与非晶体相比,晶体具有明显的周期结构,晶格中的原子或离子排列有序,因此晶体衍射呈现出一系列特点。

首先,晶体衍射具有干涉性质。

当入射光线或粒子的波长与晶体的晶格常数相当时,晶体中的每个原子或离子都可以看作是一种点源,它们发出的散射光线或粒子会相互干涉,形成一系列明暗相间的衍射斑图。

其次,晶体衍射具有角度选择性。

根据晶体的布拉格定律,只有满足一定散射角度的入射光线或粒子才能在晶体中发生衍射。

这意味着不同入射角度和不同衍射角度对应着不同的衍射条件,从而使得衍射斑图的位置和形状随着入射角度的变化而改变。

最后,晶体衍射具有信息衍射的特点。

根据衍射斑图的位置、形状和强度分布,可以反推出晶体的结构信息。

通过分析衍射斑图的间距和角度,可以确定晶体的晶格常数和晶体面的取向。

这为研究晶体结构和材料性质提供了重要的手段和依据。

二、布拉格定律的推导和应用布拉格定律是描述晶体衍射的基本规律,它通过分析散射光线或粒子在晶体中的干涉现象,给出了入射角度和衍射角度之间的定量关系。

布拉格定律的推导基于几何光学和干涉光学的原理,下面将对其进行简要介绍。

设晶体中的两个晶面之间的距离为d,入射光线或粒子与晶面的夹角为θ,入射光线或粒子在晶体上发生衍射后的干涉光线或粒子与晶面的夹角为φ。

根据布拉格干涉的条件,晶面散射的光线或粒子应满足相位差为整数倍的关系。

根据光的传播定律和几何关系,可以得到入射光线或粒子与晶面的夹角θ与衍射角度φ之间的关系:2dsinθ = nλ其中,d为晶面间的距离,θ为入射角度,φ为衍射角度,n为整数,λ为入射光线或粒子的波长。

固体物理基本概念

固体物理基本概念

固体物理总结绪论1研究对象及内容研究固体的结构及其组成粒子间相互作用与运动规律以阐明固态物质性能和用途的学科。

2 固体物理学发展的里程碑十八世纪:阿羽依(R. J. Ha üy 法)--坚实、相同、平行六面体的“基石”有规则重复堆积.十九世纪:布喇菲(A.Bravais法)--空间点阵学晶体周期性. 二十世纪初:X-射线衍射揭示晶体内部结构 量子理论描述晶体内部微观粒子运动过程近几十年:固体物理学→凝聚态物理:无序、尺度、维度、关联;晶体→凝聚态物质第一部分 晶体结构1 布喇菲点阵和初基矢量晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。

布喇菲点阵是平移操作112233R n a n a n a =++所联系的诸点的列阵。

布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学抽象。

点阵矢量112233R n a n a n a =++,其中,1n ,2n 和3n 均为整数,1a ,2a 和3a 是不在同一平面内的三个矢量,叫做布喇菲点阵的初基矢量,简称基矢。

初基矢量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。

布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵,无论从这个列阵中的哪个点去观察,周围点的分布和排列方位都是完全相同的。

对一个给定的布喇菲点阵,初级矢量可以有多种取法。

2 初基晶胞(原胞)初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。

初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵的一个阵点。

对于一个给定的布喇菲点阵,初基晶胞的选取方式可以不只一种,但不论初基晶胞的形状如何,初基晶胞的体积是唯一的,()123c V a a a =⋅⨯。

3 惯用晶胞(单胞)惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。

惯用晶胞可以是初基的或非初基的。

惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍,c V nV =。

其中,n 是惯用晶胞所包含的阵点数。

确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。

4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞,它是某一阵点与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。

固体物理复习_简述题

固体物理复习_简述题

"固体物理"根本概念和知识点第一章根本概念和知识点1) 什么是晶体、非晶体和多晶?(H)*晶面有规则、对称配置的固体,具有长程有序特点的固体称为晶体;在凝结过程中不经过结晶(即有序化)的阶段,原子的排列为长程无序的固体称为非晶体。

由许许多多个大小在微米量级的晶粒组成的固体,称为多晶。

2) 什么是原胞和晶胞?(H)*原胞是一个晶格最小的周期性单元,在有些情况下不能反响晶格的对称性;为了反响晶格的对称性,选取的较大的周期单元,称为晶胞。

3) 晶体共有几种晶系和布拉伐格子?(H)*按构造划分,晶体可分为7大晶系, 共14布拉伐格子。

4) 立方晶系有几种布拉伐格子?画出相应的格子。

(H)*立方晶系有简单立方、体心立方和面心立方三种布拉伐格子。

5) 什么是简单晶格和复式格子?分别举3个简单晶格和复式晶格的例子。

(H)*简单晶格中,一个原胞只包含一个原子,所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。

碱金属具有体心立方晶格构造;Au、Ag和Cu具有面心立方晶格构造,它们均为简单晶格复式格子则包含两种或两种以上的等价原子,不同等价原子各自构成一样的简单晶格,复式格子由它们的子晶格相套而成。

一种是不同原子或离子构成的晶体,如:NaCl、CsCl、ZnS等;一种是一样原子但几何位置不等价的原子构成的晶体,如:具有金刚石构造的C、Si、Ge等6) 钛酸钡是由几个何种简单晶格穿套形成的?(H)BaTiO在立方体的项角上是钡(Ba),钛(Ti)位于体心,面心上是三组氧(O)。

三组氧(OI,OII,*3OIII)周围的情况各不一样,整个晶格是由 Ba、 Ti和 OI、 OII、 OIII各自组成的简立方构造子晶格(共5个)套构而成的。

7) 为什么金刚石是复式格子?金刚石原胞中有几个原子?晶胞中有几个原子?(H)*金刚石中有两种等价的C原子,即立方体中的8个顶角和6个面的中心的原子等价,体对角线1/4处的C原子等价。

固体物理学的基础

固体物理学的基础

固体物理学的基础引言固体物理学是研究固体材料的结构、性质及其内部粒子运动规律的一门学科。

它在现代科技发展中扮演着重要角色,为材料科学、电子学、光学等领域提供了理论基础和技术支撑。

本文将简要介绍固体物理学的基本概念和核心内容。

固体的分类与结构晶体和非晶体固体可以分为晶体和非晶体两大类。

晶体内部的原子或分子排列具有周期性和对称性,如食盐、金刚石等。

非晶体则没有这种长程有序结构,例如玻璃、塑料等。

晶格理论晶体内部的基本单位是晶格,它是构成晶体的最小重复单元。

常见的晶格类型有简单立方、面心立方、体心立方等。

晶格理论通过分析原子在空间中的排列方式,解释了晶体的宏观物理性质。

固体的结合力固体内部的粒子之间存在相互作用力,这些力决定了固体的稳定性和物理特性。

主要的固体结合力包括离子键、共价键、金属键和范德华力等。

离子键离子键是由正负离子之间的静电吸引力形成的,常见于盐类化合物,如氯化钠(NaCl)。

共价键共价键是由两个原子共享电子对形成的化学键,典型例子是金刚石和硅晶体。

金属键金属键是金属原子之间的电子云重叠形成的键合,使得金属具有良好的导电性和延展性。

范德华力范德华力是分子间较弱的吸引力,主要存在于非金属材料中,如石墨层之间的相互作用。

能带理论能带理论是固体物理学的核心内容之一,它描述了电子在固体中的运动状态。

根据能带理论,固体中的电子能量分布形成能带,能带之间的空隙称为禁带。

导体、半导体和绝缘体的电学性质可以通过能带结构来解释。

导体导体的能带中有部分未填满,电子可以自由移动,因此具有良好的导电性。

半导体半导体的能带间隙较小,温度升高或掺杂可以使其导电性显著增加。

绝缘体绝缘体的能带完全填满,电子无法自由移动,因此几乎不导电。

结论固体物理学作为一门基础科学,对于理解材料的微观结构和宏观性能具有重要意义。

通过对晶体结构、结合力以及能带理论的研究,我们能够设计出性能更优的材料,推动科技进步和产业发展。

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第一章晶体结构晶体-----内部组成粒子(原子、离子或原子团)在微观上作有规则的周期性重复排列构成的固体。

晶体的通性------所有晶体具有的共通性质,如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等。

单晶体和多晶体-----单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终;多晶体由许多小单晶无规堆砌而成。

基元、格点和空间点阵------基元是晶体结构的基本单元,格点是基元的代表点,空间点阵是晶体结构中等同点(格点)的集合,其类型代表等同点的排列方式。

原胞、WS原胞-----在晶体结构中只考虑周期性时所选取的最小重复单元称为原胞;WS原胞即Wigner-Seitz原胞,是一种对称性原胞。

晶胞-----在晶体结构中不仅考虑周期性,同时能反映晶体对称性时所选取的最小重复单元称为晶胞。

原胞基矢和轴矢----原胞基矢是原胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量;晶胞基矢是晶胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量,通常以晶胞基矢构成晶体坐标系。

布喇菲格子(单式格子)和复式格子------晶体结构中全同原子构成的晶格称为布喇菲格子或单式格子,由两种或两种以上的原子构成的晶格称为复式格子。

简单格子和复杂格子(有心化格子)------一个晶胞只含一个格点则称为简单格子,此时格点位于晶胞的八个顶角处;晶胞中含不只一个格点时称为复杂格子,其格点除了位于晶胞的八个顶角处外,还可以位于晶胞的体心(体心格子)、一对面的中心(底心格子)和所有面的中心(面心格子)。

密堆积和配位数-----晶体组成原子视为等径原子时所采取的最紧密堆积方式称为密堆积,晶体中只有六角密积与立方密积两种密堆积方式。

晶体中每个原子周围的最近邻原子数称为配位数。

由于晶格周期性限制,晶体中的配位数只能取:12,8,6、4、3(二维)和2(一维)。

晶列、晶向(指数)和等效晶列-----晶列是晶体结构中包括无数格点的直线,晶列上格点周期性重复排列,相互平行的晶列上格点排列周期相同,一簇相互平行的晶列可将晶体中所有格点包括无遗;晶向指晶列的方向,晶向指数是晶列的方向余旋的互质整数比,表为[uvw];等效晶列是晶体结构中由对称性相联系的一组晶列,表为<uvw>。

晶面、晶面指数和等效晶面----晶面是晶体结构中包括无数格点的平面,相互平行的晶面的面间距相等,一簇相互平行的晶面可将晶体中所有格点包括无遗; 晶面指数是晶面法线方向的方向余旋的互质整数比,表为(hkl);等效晶面是晶体结构中由对称性相联系的一组晶面,表为{hkl}。

密勒指数特指晶胞坐标系中的晶面指数。

晶体衍射----晶体的组成粒子呈周期性规则排列,晶格周期和X-射线波长同数量级,因此光入射到晶体上会产生衍射现象,称为X-射线晶体衍射。

劳厄方程和布拉格公式----晶体衍射时产生衍射极大的条件。

劳厄将晶体X-射线衍射看作是晶体中原子核外的电子与入射X-射线的相互作用,而布拉格父子则将晶体X-射线看作是晶面对X-射线的选择性反射,分别得到衍射加强条件为劳厄方程和布拉格公式,两者其实是等价的。

劳厄方程布拉格公式几何结构因子----晶胞中所有原子对X-射线的散射振幅与一个电子对X-射线的散射振幅之比,几何结构因子是一种相对振幅。

消光规律----因晶胞中原子的几何排列所引起的衍射线消失的规律,称为结构消光。

倒格子------晶格经傅里叶变换所得到的几何格子。

倒格子基矢定义: 1) 2))K ( 或:)( 或:)为整数(2)(***h 000c l b k a h K k -k S s s R S S R k -k h m m m m m2d sin n220123i j ij i j a b i ji,j ,,rr 213132321222a a b a a b a a b布里渊区-----布里渊区是倒空间中由倒格矢的中垂面(二维为中垂线)所围成的区域,按序号由倒空间的原点逐步向外扩展,每个布区的体积(或面积)等于倒格子原胞的体积(或面积)。

第一布里渊区(中心布区或简约布区)是倒格矢的中垂面(线)所围成的最小区域,是倒空间中的对称性原胞。

第n 布区是跨越第(n-1)布区的边界所能到达的,由倒格矢的中垂面(线)所围成的一些分离区域,且各区域体积(面积)之和等于倒格子原胞体积(面积)。

晶体对称性----晶体的外形或物理性质在不同方向上有规律地重复的现象。

对称操作----使对称图形复原的动作或变换(保持晶体上任意两点间距离不变的变换——正交变换)。

对称要素---施行对称操作时所凭借的几何元素。

描述晶体宏观对称性的独立基本对称要素只有八个:1,2,3,6,I,m 和 。

对称操作数----晶体投影图中由对称性联系起来的等同点的数目,其值体现了对称性的高低。

群的概念:群是一些元素的集合,记为 G={E ,A ,B ,C ,……},群元素满足下述群的乘法定则:1) 闭合性: ; 2) 存在单位元素E :对任意 ,有 AE=EA=A ;3) 存在逆元素对任意 ,存在 ,有:4) 结合律:A(BC)=(AB)C对称群----对称要素和对称操作的集合构成对称群。

点群----晶体中相交于一点的对称要素及相应的对称操作的集合,晶体共有32种点群,又称32种宏观对称类型。

宏观对称要素----描述晶体宏观对称性的对称要素,晶体中独立的基本对称要素只有八个:1、2、3、4、6、i 、m 和 。

微观对称要素-----描述晶格对称性的对称要素,在宏观对称要素的基础上加上平移轴及平移与旋转、镜象形成的复合对称要素螺旋轴和滑移面。

G C AB G B G A ,G A G A 1A EA A AA 11空间群-----晶格中全部对称要素及相应的对称操作的集合;晶体共有230种空间群。

第二章晶体结合元素电负性-----元素电负性是原子对核外电子束缚能力大小的量度,通常用电离能与亲合能之和表示。

结合键-----指原子结合成晶体的方式,晶体的典型结合方式有:离子键、共价键、金属键、分子键和氢键。

离子键-----吸引力来源于正、负离子间的静电库仑力。

共价键-----吸引力来源于共用电子对的交换作用能(量子效应)。

金属键-----吸引力来源于带正电的金属原子实与带负电的自由的价电子(电子云)间的静电库仑力。

分子键----吸引力来源于分子间的范德瓦尔斯力,即电偶极矩间的相互作用为力。

氢键------吸引力来源于裸露的氢核(带正电)与电负性较大的原子之间作用力。

结合能-----晶体中粒子组成晶体后的总能量与粒子间无相互作用时总能量之差称为晶体结合能.(常令无相互作用时势能为零点)最近邻间距-----晶体中最近邻原子之间的平衡距离。

范德瓦尔斯力-----电偶极矩间的相互作用力,包括:固有偶极矩间的互作用力、瞬时偶极矩间的互作用力和诱导偶极矩间的互作用力。

共价键的饱和性和方向性-----饱和性指两原子间能形成的共价键有一定的数目限制[(8-N)定则];方向性指两原子间的共价键总是沿波函数重叠最大的方向成键。

轨道杂化-----电子的不同状态(分子轨道)间重新进行线性组合后再形成共键键。

第三章 晶格振动与晶体的热学性质简谐近似----晶体中原子之间相互作用能按平衡距离作泰勒展开,只取到距离的二次方项,忽略距离的高阶项;简谐近似下原子间互作用力与相对位移成正比。

Born-Von Karman 边界条件-----即周期性边界条件,一维情况下将晶格原子链视为由N 个原胞组成的无穷大半径之圆环,则环上第n 个原子与第(N+n )个原子系同一原子,具有完全相同的属性。

三维情况则可将每一个独立方向视为Ni 个原胞组成的无穷大半径之圆环。

格波-----晶格中原子的集体振动模式形成格波。

色散关系-----晶格振动时格波之圆频率与波矢间的关系。

声子-----格波的能量量子,声子的能量为ħω,准动量为 ; 声子是玻色子,服从玻色-爱因斯坦统计,能量为ħω的声子的平均声子数为:声学波-----声频支格波,描述晶体中原胞的整体运动。

光学波-----光频支格波,描述晶体中原胞内原子之间的相对运动。

晶格振动的一般结论:对于由N 个原胞组成,每个原胞中有s 个原子的三维复式格子,晶格振动中,有3s 支色散关 系,其中3支为声学波,其余3(s -1)支为光学波,且:晶格振动波矢的取值数=晶体的原胞数N 晶格振动格波(模式)数=晶体的总自由度数3sN模式密度-----又称为频率分布函数,定义为单位频率范围内的模式数:黄昆方程----关于离子晶体中的长光学波的维象方程: 振动方程受极化电场修正极化方程受晶格振动修正hq q K r r rh h11T k B e f dZg dEb W b P Eb W b W 22211211LST 关系杜隆-珀替定律-----固体比热的经验规律:固体的比热是与温度无关的常数。

(高温与实验相符)爱因斯坦模型----固体比热模型,爱因斯坦假设晶体中各原子的振动相互独立,且所有原子都以同一频率0振动。

由此得到高温固体的比热是常数,低温下随温度T →0K 比热按指数规律趋于零。

德拜模型-----固体比热模型,又称弹性波模型,德拜假设晶体可视为各向同性的连续弹性介质,格波可以看成连续介质的弹性波,色散关系为:由此得到高温固体的比热是常数,低温下随温度T →0 K 比热按T3规律趋于零。

非谐效应----晶体中原子间的互作用能展式中的三次方以上的项称非谐项,非谐项不能忽略时所引起的一些现象,如热膨胀,热传导等称为非谐效应。

晶体状态方程----晶体的热力学参数P 、T 、V 之间的关系式。

拉曼散射----光子与晶体中光学声子间的散射。

布里渊散射----光子与晶体中声学声子间的散射。

三声子过程----两个声子间相互作用(散射)产生第三个声子的过程(该过程满足能量和动量守恒定律)。

s 2L02T0.d V const q dq123123hr r r h h h r r r rh h h h q q q q q q K第四章 能带理论Bloch 定理----在周期场中运动的电子,其波函数为Bloch 函数,物理意义为受晶格周期函数调制的平面波。

能带结构----周期场中运动的电子的能量状态形成分段连续的能谱,由允带和禁带相间构成,称为能带结构 。

允带和禁带(能隙)----允带指能带结构中允许电子能量状态取值的能量范围;禁带(能隙)是能带结构中电子能量状态不能取值的能量范围。

带底,带顶,能带宽度----带底指允带中能量的最小值处;带顶指允带中能量的最大值处,带顶能量与带底能量之差为能带宽度。

近自由电子模型----晶体中原子间距离较近时,电子的平均能量比较大,但其势能随位置的变化(起伏)比较小,电子的运动几乎是自由的,称为近自由电子模型,相当于金属中的价电子。

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