第一章--电磁辐射与材料结构ppt课件.ppt

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1、第一章电磁辐射与材料结构主要内容第一节电磁辐射与物质波第二节材料结构基础第一节电磁辐射与物质波一、电磁辐射与波粒二象性二、电磁波谱三、物质波一、电磁辐射与波粒二象性电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场。电磁辐射也可称为电磁波（有时也将部分谱域的电磁波泛称为光）。根据量子理论，电磁波具有波粒二象性。描述电磁波波动性的主要物理参数有：波长（）或波数（或K）、频率（）及相位（）等。波动性=c微粒性：电磁波是由光子所组成的光子流。电磁波波动性与微粒性的关系是E=hP=h/等式左边与右边分别为表示电磁波微

2、粒性与波动性的参数二、电磁波谱电磁波谱的分区①长波部分（低能部分），包括射频波（无线电波）与微波，有时习惯上称此部分为波谱。②中间部分，包括紫外线、可见光和红外线，统称为光学光谱，一般所谓光谱仅指此部分而言。③短波部分（高能部分），包括X射线和射线（以及宇宙射线），此部分可称射线谱，是能量高的谱域。三、物质波运动实物粒子也具有波粒二象性，称为物质波或德布罗意波，如电子波、中子波等。德布罗意关系式(=h/p)=h/mv对于高速运动的粒子，m为相对论质量，有当v<

3、子电荷e＝1.60×10-29C、电子质量mm0=9.11×10-31kg及h值代入上式，得式中，以nm为单位，V以V单位。不同加速电压下电子波的波长（经相对论校正）第二节材料结构基础一、原子能态及其表征二、分子运动与能态三、原子的磁矩和原子核自旋四、固体的能带结构五、晶体结构六、干涉指数七、晶带一、原子能态及其表征1．原子结构与电子量子数2．原子能态与原子量子数3．原子基态、激发、电离及能级跃迁1．原子结构与电子量子数核外电子的运动状态由n(主量子数)、l(角量子数)、m(磁量子数)、s(自旋量子数)和

4、ms(自旋磁量子数)表征。5个量子数也相应表征了电子的能量状态(能级结构)。n、l、m对核外电子状态的表征意义原子的电子能级示意图2．原子能态与原子量子数多电子原子中，存在着电子与电子相互作用等复杂情况，量子理论将这些复杂作用分解为：轨道-轨道相互作用：各电子轨道角动量之间的作用自旋-自旋相互作用：各电子自旋角动量之间的作用自旋-轨道相互作用：指电子自旋角动量与其轨道角动量的作用，单电子原子中也存在此作用并将轨道-轨道及自旋-自旋作用合称为剩余相互作用，进而通过对各角动量进行加和组合的过程（称为偶合）获得表征

5、原子整体运动状态与能态的原子量子数。偶合分为L-S偶合与J-J偶合两种方式。J-J偶合是指当剩余相互作用小于自旋-轨道相互作用时，先考虑后者的偶合（这种偶合作用适用于重元素原子）。L-S偶合是指当剩余作用大于自旋-轨道作用时，先考虑前者的偶合[这种偶合方式适用于轻元素和中等元素（Z<40）]。L-S偶合可记为（s1，s2，…）（l1，l2，…）=（S，L）=J（1-9）此式表示将各电子自旋角动量（，，…）与各电子轨道角动量（，，…）分别加和（矢量和），获得原子的总自旋角动量PS与总轨道角动量PL，然后再由PS

6、与PL合成总（自旋-轨道）角动量PJ（即PJ=PS+PL）。偶合方式按L-S偶合，得到S、L、J、MJ等表征原子运动状态的原子量子数。S称总自旋量子数，表征PS的大小。L称总（轨道）角量子数，表征PL的大小。J称内量子数（或总量子数），表征PJ的大小；J为正整数或半整数，取值为：L+S，L+S-1，L+S-2，…，L-S，若L≥S，则J有2S+1个值，若L＜S，则J有2L+1个值。MJ称总磁量子数，表征PJ沿外磁场方向分量的大小，MJ取值为：0，1，2，…，J（当J为整数时）或1/2，3/2，…

7、，J（当J为半整数时）。用n（主量子数）、S、L、J、MJ等量子数表征原子能态，则原子能级由符号nMLJ表示，称为光谱项。符号中，对应于L＝0，1，2，3，4…，常用大写字母S、P、D、F、G等表示。M表示光谱项多重性（称谱线多重性符号），即表示M与L一定的光谱项可产生M个能量稍有不同的分裂能级（每一分裂能级称为一个光谱支项），此种能级分裂取决于J，每一个光谱支项对应于J的一个确定取值，而M则为J的可能取值的个数（即L≥S时，M=2S+1；L

8、量差异更小的若干能级（此种现象称塞曼分裂）。其分裂情况取决于MJ，每一分裂能级对应于MJ的一个取值，分裂能级的个数则为MJ可能取值的个数。例如：某原子的一个光谱项为23PJ，即有n=2，L=1，设s=1，（故M=2s+1=3），则J=2，1，0。当J＝2时，MJ=0，1，2；J=1时，MJ=0，1；J=0时，MJ＝0。23PJ光谱项及其分裂如图1-2所示。图1-223PJ谱项及其分裂示意图属于