固体物理基础吴代明 复习讲义123章.ppt

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1、课程内容结构绪言第一章晶体结构第二章固体的结合第三章晶格振动与晶体的热学性质第四章晶体中的缺陷第五章金属电子论第六章能带理论第一章晶体结构一、几种典型的晶体结构密排六方结构（hcp）:ABABAB如：Mg,Zn,Cd面心立方结构（fcc）:ABCABC如：Ca，Cu,Al体心立方结构（bcc）：如：Li,Na,K,Ba简单立方结构（sc）金刚石结构：如：金刚石，Si,Ge晶体结构的基本特征：原子在三维空间呈周期性排列二、布拉菲晶格基元:放置在格点上的原子或原子团称为基元是一个格点所代表的物理实体。由基元代表点在空间中的周期性排列所形成

2、的晶格称为布拉菲晶格，布拉菲晶格是一种数学上的抽象，是格点在空间中周期性的规则排列，其每个格点是几何等价的。例如：Cu的面心立方晶格，Si的金刚石晶格和NaCl晶格，布拉伐格子都是面心立方格子，每个格点的基元分别为一个Cu、两个Si和一对Na+、Cl-离子。简单晶格与复式晶格图示1简单晶格：由完全等价的一种原子构成的晶格，而且每一个基元只有一个原子。(Cu,Na)2复式晶格：每个基元中含有两个或两个以上的原子或离子(NaCl)3简单晶格必须由同种原子组成；反之，由同种原子组成的晶格却不一定是简单晶格，如：金刚石、Mg、Zn等晶格都是复式晶格,如:相同原子但几何位置不等价

3、的原子构成的晶体金刚石。4由基元代表点在空间中的周期性排列所形成的晶格称为Bravais晶格.5只有将基元以同样方式放置在每个格点上才能得到晶体结构。即：晶体结构是基元与Bravais晶格相结合的结果：基元+Bravais晶格=晶体结构6基元可以含有一个或多个原子，但所含原子必定不等价，否则还可以进一步划分为更小的单元，这是构成基元的必要条件。7Bravais晶格反映晶体结构的几何性质，最主要特点是周期性，每个格点在几何上完全等价的。2.任一格点位置矢量如果所有n1、n2和n3均为整数，称为初基平移矢量,简称基矢。对于一个空间点阵，基矢的选择不是唯一的，可以有多种不同的

4、选择方式。1.基矢：以任一格点为原点，沿三个不共面方向连接最靠近原点的格点作矢量晶格周期性的数学描述、从任一格点出发，平移后，必然得出另一格点，所以又称为晶格平移矢量，的端点就是格点，全部端点组成布拉菲晶格。一个晶格中体积最小的周期性结构单元称原胞。原胞及基矢的选取——不唯一三、原胞，晶胞空间点阵原胞：空间点阵中最小的重复单元，只含有一个格点，对于同一空间点阵，原胞的体积相等。三维晶格的原胞与基矢一般用来表示三维晶格的基矢。通常，以基矢为三个棱边组成的平行六面体为原胞。（典型晶格有习惯原胞选取方式）简立方结构原胞面心立方原胞(Cu)体心立方原胞(Na)晶胞定义：晶体学通

5、常选取较大的周期单元来研究晶格结构，为同时反映周期性与对称性，称为晶胞。例如：面心立方晶格为反映整个格子的立方对称性，选图中的立方体为其晶胞。关于晶胞选取晶胞有时是原胞，有时不是原胞；简立方晶格——原胞为简单立方晶格的立方单元基矢原胞体积每个原胞中只包含一个原子每个晶胞中也包含一个原子面心立方晶格立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢，构成平行六面体原胞基矢原胞体积每个原胞中只包含一个原子每个晶胞中包含4个原子晶胞结构——立方体体心立方晶格由立方体的中心到三个顶点引三个基矢基矢原胞体积每个原胞中只包含一个原子每个晶胞中包含2个原子原胞与晶胞的区别与联系原胞晶胞晶格中体积

6、最小的周期单元体积较大的周期单元每个原胞中实际上只包含一个格点。每个原胞有8个顶角，每个顶角为相邻8个原胞所共有，所以，每个原胞所含格点数为8×1/8=1每个晶胞中所含格点数因结构而异。例：面心立方晶格晶胞结构——立方体，面心格点：两个相邻晶胞共有，只有1/2属于一个晶胞；顶角格点：只有1/8属于一个晶胞；总格点数=8×1/8+6×1/2=4原胞的体积可表示为：面心立方晶格的原胞体积=a3/4晶胞体积是原胞体积的n倍（n是该结构每个晶胞所含格点数）面心立方结构晶胞体积=a3四晶面与密勒指数1、晶面的概念布拉伐格子的格点还可看成分列在平行等距的平面系上，格点在每个平面上的

7、分布是相同的，这种平面称为晶面。整个晶格可以看作无数互相平行等距分布的全同的晶面构成，而晶格的所有格点都处于这族晶面上。同一个晶格中两族取向不同的晶面族通过晶格的任一格点可作无数取向不同的晶面，因此在晶格中存在无数取向不同的晶面族。晶面指数标定步骤1)在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时相同；2)求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相截，则在此轴上截距为一负值；3)取各截距的倒数；4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，记为(hkl)。(100