固體物理期末復(fù)習(xí)提綱終極版

1、固體物理期末復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章1.晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體定義晶體：原子排列具有長程有序的特點(diǎn)。非晶體：原子排列呈現(xiàn)近程有序，長程無序的特點(diǎn)。準(zhǔn)晶體：其特點(diǎn)是介于晶體與非晶體之間。2.晶體的宏觀特征1）自限性 2）解理性 3）晶面角守恒 4）各向異性 5）均勻性 6）對稱性 7）固定的熔點(diǎn)3.晶體的表示，什么是晶格，什么是基元，什么是格點(diǎn)晶格：晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為是由一些相同的點(diǎn)在空間有規(guī)則地做周期性無限分布，這些點(diǎn)的總體稱為晶格?；喝艟w有多種原子組成，通常把由這幾種原子構(gòu)成晶體的基本結(jié)構(gòu)單元稱為基元。格點(diǎn)：格點(diǎn)代表基元的重心的位置。4.正格和倒格之間的關(guān)系,熟練掌握典型晶體的倒格矢求法5.

2、典型晶體的結(jié)構(gòu)及基矢表示6.熟練掌握晶面的求法、晶列的求法，證明面間距公式7.什么是配位數(shù)，典型結(jié)構(gòu)的配位數(shù)，如何求解典型如體心、面心的致密度。一個(gè)粒子周圍最近鄰的粒子數(shù)稱為配位數(shù)。面心：12體心：8氯化銫（CsCl）：8金剛石：4氯化鈉（NaCl）：68.什么是對稱操作，有多少種獨(dú)立操作，有幾大晶系，有幾種布拉維晶格，多少個(gè)空間群。對稱操作： 使晶體自身重合的動(dòng)作。獨(dú)立操作：有8種獨(dú)立操作，即 1 ，2 ，3 ，4 ，6 ，i ，m ，根據(jù)對稱性，晶體可分為7大晶系， 14種布拉維晶格，230個(gè)空間群。9.能寫出晶體和布拉維晶格10.了解X射線衍射的三種實(shí)驗(yàn)方法及其基本特點(diǎn)1）勞厄法：單晶體

3、不動(dòng)，入射光方向不變。2）轉(zhuǎn)動(dòng)單晶法：X射線是單色的，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)。3）粉末法：單色X射線照射多晶試樣。11.會(huì)寫布拉格反射公式12.什么是幾何結(jié)構(gòu)因子。幾何結(jié)構(gòu)因子：原胞內(nèi)所有原子的散射波，在所考慮方向上的振幅與一個(gè)電子的散射波的振幅之比。第二章1.什么結(jié)合能，其定位公式晶體的結(jié)合能就是將自由的原子(離子或分子) 結(jié)合成晶體時(shí)所釋放的能量。2.掌握原子間相互作用勢能公式，及其曲線畫法。3.什么叫電離能、親和能、負(fù)電性電離能：中性原子失去電子成為價(jià)離子時(shí)所需要的能量。電子親和能：中性原子獲得電子成為-1價(jià)離子時(shí)所放出的能量。負(fù)電性：負(fù)電性=0.18(電離能+親和能)，原子的負(fù)電性的大小表示原子得失

4、電子能力的強(qiáng)弱。4.掌握5大晶體基本結(jié)合類型和特點(diǎn)，并知道對應(yīng)的例子。晶體類型結(jié)構(gòu)結(jié)合力例子離子晶體負(fù)電性相差較大的原子+庫侖作用力。離子鍵氯化鈉非極性分子晶體具有飽和電結(jié)構(gòu)的原子或分子+ 范德瓦爾斯-倫敦力。范德瓦爾斯-倫敦力。二氧化碳原子晶體第族、第族、第族、第族元素都可以形成原子晶體。共價(jià)鍵金剛石金屬晶體第 族、第 族及過渡元素晶體都是典型的金屬晶體。金屬鍵金、銀氫鍵晶體氫原子同時(shí)與兩個(gè)負(fù)電性較大，而原子半徑較小的原子(O、 F、 N等) 結(jié)合，構(gòu)成氫鍵。氫鍵水第三章1.什么是格波，什么是聲子，滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律格波：晶體中的原子都在它的平衡位置附近不斷地作微振動(dòng)，由于原子間的相互關(guān)聯(lián)，以晶

5、體的周期性，這種原子振動(dòng)在晶體中形成格波。聲子：晶格振動(dòng)的能量量子。統(tǒng)計(jì)規(guī)律如下：（ni為平均聲子數(shù)，i為頻率。）2.熟練掌握一維晶格不同類型原子鏈色散關(guān)系的求解過程3.掌握波矢數(shù)、振動(dòng)模式、頻率數(shù)目和自由度的關(guān)系，并能用于求解具體的例子4.知道長波近似、光學(xué)波、聲學(xué)波、極化聲子、電磁聲子等含義長波近似：在長波近似下，格波的波長遠(yuǎn)大于原子間距，晶格就像一個(gè)連續(xù)的介質(zhì)。光學(xué)波：因該格波可用光波的電磁場來激發(fā)，所以稱這種格波為光學(xué)波。聲學(xué)波：單原子鏈中傳播的長格波叫聲學(xué)波，其為連續(xù)介質(zhì)的彈性波。極化聲子：因?yàn)殚L光學(xué)波是極化波，且只有長光學(xué)縱波才伴隨著宏觀的極化電場，所以長光學(xué)縱波聲子稱為極化聲子。

6、電磁聲子：長光學(xué)橫波與電磁場相耦合，它具有電磁性質(zhì)，稱長光學(xué)橫波聲子為電磁聲子。5. 知道確定晶格振動(dòng)譜的三種方法實(shí)驗(yàn)方法主要有中子的非彈性散射、 X射線和光的散射。6.了解固體比熱的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道杜隆-珀替定律固體比熱的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1) 在高溫時(shí)，晶體的比熱為3NkB；(2) 在低溫時(shí)，絕緣體的比熱按T3趨于零。7.熟練掌握模式密度的求解8.掌握愛因斯坦模型和德拜模型的條件、成功與失敗之處及其根源愛因斯坦模型德拜模型(1) 晶體中原子的振動(dòng)是相互獨(dú)立的；（ 1）晶體視為連續(xù)介質(zhì)，格波視為彈性波；(2) 所有原子都具有同一頻率。（ 2）有一支縱波兩支橫波；（ 3）晶格振動(dòng)頻率在 0 D 之間(D

7、為德拜頻率) 。愛因斯坦模型：計(jì)算表明，在甚低溫度下，格波的頻率很低，屬于長聲學(xué)波，所以在甚低溫度下，晶體的比熱主要由長聲學(xué)波決定。因此愛因斯坦模型在低溫時(shí)不能與實(shí)驗(yàn)相吻合。德拜模型：由上式看出，在極低溫度下，比熱與T3成正比，這個(gè)規(guī)律稱為德拜定律。溫度越低，理論與實(shí)驗(yàn)吻合的越好。9.熟練掌握德拜模型求比熱的過程及其高低溫極限10.什么是晶體的非簡諧效應(yīng)、什么是熱膨脹、什么是熱傳導(dǎo)熱膨脹：在不施加壓力的情況下，晶體體積隨溫度變化的現(xiàn)象稱為熱膨脹。熱傳導(dǎo)：當(dāng)晶體中溫度不均勻時(shí)，將會(huì)有熱能從高溫處流向低溫處，直至各處溫度相等達(dá)到新的熱平衡, 這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)。第四章1.什么是晶體缺陷、什么是結(jié)構(gòu)

8、缺陷、什么是化學(xué)缺陷晶體缺陷（晶格的不完整性）：晶體中任何對完整周期性結(jié)構(gòu)的偏離就是晶體的缺陷。結(jié)構(gòu)缺陷：沒有雜質(zhì)的具有理想的化學(xué)配比的晶體中的缺陷，如空位，填隙原子，位錯(cuò)。化學(xué)缺陷：由于摻入雜質(zhì)或同位素，或者化學(xué)配比偏離理想情況的化合物晶體中的缺陷，如雜質(zhì)，色心等。2.缺陷的分類及其種類（點(diǎn)、線、面）點(diǎn)缺陷：弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷、填隙原子、雜質(zhì)；線缺陷：刃型位錯(cuò)、螺旋位錯(cuò)；面缺陷：晶粒間界、堆垛間界。3.掌握弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷含義及其區(qū)分弗侖克爾缺陷：當(dāng)晶格中的原子脫離格點(diǎn)后，移到間隙位置形成填隙原子時(shí)，在原來的格點(diǎn)位置處產(chǎn)生一個(gè)空位，填隙原子和空位成對出現(xiàn)，這種缺陷稱為弗侖克爾缺

9、陷。肖特基缺陷：當(dāng)晶體中的原子脫離格點(diǎn)位置后不在晶體內(nèi)部形成填隙原子，而是占據(jù)晶體表面的一個(gè)正常位置，并在原來的格點(diǎn)位置產(chǎn)生一個(gè)空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。4.什么是色心、什么是極化子色心：能吸收可見光的晶體缺陷稱為色心。極化子：這樣一個(gè)攜帶著周圍的晶格畸變而運(yùn)動(dòng)的電子，可看作一個(gè)準(zhǔn)粒子(電子晶格的畸變），稱為極化子。5.什么是位錯(cuò)，典型的位錯(cuò)有哪些位錯(cuò)：當(dāng)晶格周期性的破壞是發(fā)生在晶體內(nèi)部一條線的周圍近鄰，這就稱為線缺陷。位錯(cuò)就是線缺陷。典型位錯(cuò)：有刃型位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)。6.什么是晶界、堆垛的表示方法7.了解缺陷數(shù)目的求解公式第五章1.什么是自由電子氣自由電子氣(自由電子費(fèi)米氣體) ：是指自由

10、的、無相互作用的、遵從泡利原理的電子氣。2.索末菲模型的假設(shè)（1）金屬中的價(jià)電子彼此之間無相互作用；（2）金屬內(nèi)部勢場為恒定勢場；（3）價(jià)電子速度服從費(fèi)米狄拉克分布。3.熟練掌握能態(tài)密度的求解4.什么是費(fèi)米能級費(fèi)米能級：被電子占據(jù)的最高能級稱為費(fèi)米能級。5.掌握電子占據(jù)概率公式及其曲線EF-費(fèi)米能級(等于這個(gè)系統(tǒng)中電子的化學(xué)勢) ，它的意義是在體積不變的條件下，系統(tǒng)增加一個(gè)電子所需的自由能。f(E) (E EF ) 圖象6.什么是功函數(shù)、接觸電勢差功函數(shù)：電子在深度為E0的勢阱內(nèi)，要使費(fèi)米面上的電子逃離金屬，至少使之獲得=E0F的能量，稱為脫出功又稱功函數(shù)。接觸電勢差：兩塊不同的金屬相接觸，或

11、用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)起來，兩塊金屬就會(huì)帶有電荷并產(chǎn)生不同的電勢，即為接觸電勢差。7.什么是霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)：磁場中的載流導(dǎo)線，在垂直于電流方向的兩個(gè)端面間存在電勢差，即為霍爾效應(yīng)。第六章1.知道能帶理論中多體到單體的三步近似1）絕熱近似 2）平均場近似 3）周期場近似2. 熟練掌握布洛赫定理的證明3.什么是布里淵區(qū)、什么是簡約布里淵區(qū)布里淵區(qū)：在倒格空間中以任意一個(gè)倒格點(diǎn)為原點(diǎn)，做原點(diǎn)和其他所有倒格點(diǎn)連線的中垂面(或中垂線)，這些中垂面(或中垂線)將倒格空間分割成許多區(qū)域，這些區(qū)域稱為布里淵區(qū)。第一布里淵區(qū)(簡約布里淵區(qū)) ：圍繞原點(diǎn)的最小閉合區(qū)域。4.掌握簡單布里淵區(qū)的求解5.什么是近自由電子近似、什

12、么是平面波方法近自由電子近似：由于周期場的周期性起伏很弱，它可以看成自由電子情況穩(wěn)定勢場的微擾，此時(shí)晶體中的價(jià)電子行為就很接近自由電子，故叫近自由電子近似。平面波方法：三維周期場中電子運(yùn)動(dòng)的近自由電子近似就叫平面波方法。6.掌握能帶的三種畫法7.什么是緊束縛近似，知道瓦尼爾函數(shù)的特點(diǎn)緊束縛近似模型：晶體中的電子在某個(gè)原子附近時(shí)主要受該原子勢場的作用，其他原子的作用視為微擾來處理，以孤立原子的電子態(tài)作為零級近似，即為緊束縛近似。瓦尼爾函數(shù)的特點(diǎn)：(1) 此函數(shù)是以格點(diǎn)矢量Rn為中心的波包，因而具有定域的特性；(2) 不同能帶不同格點(diǎn)的瓦尼爾函數(shù)是正交的。8.熟練掌握緊束縛方法求解s態(tài)能帶9.熟練

13、掌握有效質(zhì)量的求解10.知道為什么有效質(zhì)量可以是負(fù)的11.什么是滿帶、導(dǎo)帶、空帶(1) 滿帶：能帶中所有電子狀態(tài)都被電子占據(jù)。(2) 導(dǎo)帶：能帶中只有部分電子狀態(tài)被電子占據(jù), 其余為空態(tài)。(3) 空帶：能帶中所有電子狀態(tài)均未被電子占據(jù)。12.掌握導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶示意圖13.什么是Wilson轉(zhuǎn)變，什么是Peierls轉(zhuǎn)變1. Wilson轉(zhuǎn)變：任何非導(dǎo)體材料在足夠大的壓強(qiáng)下可以實(shí)現(xiàn)價(jià)帶和導(dǎo)帶的重疊，從而呈現(xiàn)金屬導(dǎo)電性。2. Peierls轉(zhuǎn)變：結(jié)構(gòu)變化引起的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。選學(xué)部分1.鐵磁性、反鐵磁、亞鐵磁的定義鐵磁性：磁矩的自發(fā)平行分布的特征。反鐵磁：在原子自旋（磁矩）受交換作用

14、而呈現(xiàn)有序排列的磁性材料中，如果相鄰原子自旋間是受負(fù)的交換作用，自旋為反平行排列，則磁矩雖處于有序狀態(tài)（稱為序磁性），但總的凈磁矩在不受外場作用時(shí)仍為零。這種磁有序狀態(tài)稱為反鐵磁性。亞鐵磁：亞鐵磁性是在無外加磁場的情況下，磁疇內(nèi)由于相鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用。2.什么是居里溫度居里溫度：鐵磁順磁轉(zhuǎn)變的臨界溫度。3.原子磁矩的主要來源（1）電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道磁矩。（2）電子的自旋運(yùn)動(dòng)的自旋磁矩。（3）原子核的磁矩。4.什么是超導(dǎo)超導(dǎo)：在低溫下物質(zhì)具有零電阻的性能5.超導(dǎo)現(xiàn)象的兩個(gè)基本性質(zhì)（1）完全導(dǎo)電性 （2）完全抗磁性6.能舉例三個(gè)以上超導(dǎo)的應(yīng)用磁懸浮列車 超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 超導(dǎo)加速器7.什么是非晶態(tài)物質(zhì)、有什么特點(diǎn)非晶態(tài)物質(zhì)：其內(nèi)部原子或分子排列不具有長程序的固體。特點(diǎn)：（1）宏觀上具有均勻性；（2）物理