高二物理競(jìng)賽固體物理學(xué)緒論課件

緒論前 言按照物理學(xué)分類，在常溫常壓下,物質(zhì)存在的狀態(tài)分為液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)、等離子態(tài)，對(duì)應(yīng)的物資形態(tài)稱為液體、氣體、固體、等離子體：一定條件下,物資狀態(tài)可以互相轉(zhuǎn)化。一、固體是物質(zhì)存在的基本形式之一液態(tài)液體等離子態(tài)等離子體氣態(tài)氣體固態(tài)固體近代科學(xué)研究表明，固體由大量的原子（或離子）組成，每立方厘米中大約有1023個(gè)原子。巨大數(shù)量的原子以一定的方式排列，其排列方式稱為固體的微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)是研究固體材料的宏觀性質(zhì)和微觀過(guò)程的基礎(chǔ)。按照晶體中原子、分子微結(jié)構(gòu)的有序程度，人們將固體進(jìn)行以下分類：原子有序排列尺度≥10-6米（微米），長(zhǎng)程序（遠(yuǎn)程序）一種介于晶態(tài)和非晶態(tài)之間的狀態(tài)。特點(diǎn)：具有五次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，但沒(méi)有周期性。晶體中的原子（離子）在微米量級(jí)范圍有序排列，形成單晶粒，整個(gè)晶體由單晶粒隨機(jī)堆積而成。晶粒與晶粒之間存在晶粒間界；例：多晶硅晶體準(zhǔn)晶體非晶體固體單晶體多晶體固體中有序排列；例：?jiǎn)尉Ч柙樱x子）在幾納米范圍內(nèi)有序排列，形成晶粒，晶粒之間不接觸，“懸浮”在非晶組織中；例：納米晶體、超晶格微晶體原子有序排列尺度在原子尺度（1埃=

10-8厘米=0.1納米=10-10米）（短程序）。例：非晶硅晶體中的原子（離子）在整個(gè)硅單晶體金剛石型結(jié)構(gòu)的四面體單元：中心硅原子與周?chē)膫€(gè)最近鄰硅原子各出一個(gè)電子組成共價(jià)鍵，組成正四面體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是硅單晶體的基本結(jié)構(gòu)單元。中心硅原子電子共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)：近鄰原子之間的距離鍵角：近鄰共價(jià)鍵的夾角最近鄰原子（頂角）最近鄰原子（頂角）最近鄰原子（頂角）最近鄰原子頂角）單晶硅：原子在整個(gè)晶體中排列有序多晶硅：原子在微米數(shù)量級(jí)排列有序非晶硅：短程序包含：1、近鄰原子的種類和數(shù)目；2、近鄰原子之間的距離（鍵長(zhǎng)）；3、近鄰原子的幾何方位（鍵角）；原子在原子尺度上排列有序第一章

晶體結(jié)構(gòu)晶體具有三個(gè)主要共同性質(zhì)：1、原子排列長(zhǎng)程有序（周期性）；2、外在形狀的規(guī)則性（對(duì)稱性）；3、各向異性；§1.1

晶體結(jié)構(gòu)的周期性及其分析方法一、晶體結(jié)構(gòu)的周期性晶體結(jié)構(gòu)的最顯著特點(diǎn)是周期性。理想情況下，晶體可以看成是由一“基本結(jié)構(gòu)單元”——基元（基元：由一種原子或原子團(tuán)構(gòu)成的組成晶體的基本結(jié)構(gòu)單元）在空間無(wú)限重復(fù)排列構(gòu)成的，這種性質(zhì)稱為晶體結(jié)構(gòu)的周期性。舉例：一種實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)示例分子分子分子分子基元例1：Na+Cl-氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)Na+周期性排列和Cl-周期性排列相間交替形成氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)基元由相距半個(gè)晶格常數(shù)的正離子和負(fù)離子構(gòu)成Cl-Cs+氯化銫晶體結(jié)構(gòu)Cl-Cs+基元由相距1/2對(duì)角線長(zhǎng)度的一個(gè)Cs+和Cl-組成。二、晶體結(jié)構(gòu)周期性的描述晶體結(jié)構(gòu)周期性可以用空間點(diǎn)、線、面、體等方式描述：分子分子分子分子1、點(diǎn)描述格點(diǎn)（基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)）：對(duì)基元進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，用幾何點(diǎn)代表基元的任一點(diǎn)（如重心），將