固體物理簡答題及答案

簡答題1、原子結合成晶體時，原子的價電子產(chǎn)生重新分布，從而產(chǎn)生不同的結合力，分析離子性、共價性、金屬性和范德瓦耳斯性結合力的特點。答案：離子性結合：正、負離子之間靠庫侖吸引力作用而相互靠近，當靠近到一定程度時，由于泡利不相容原理，兩個離子的閉合殼層的電子云的交迭會產(chǎn)生強大的排斥力。當排斥力和吸引力相互平衡時，形成穩(wěn)定的離子晶體；共價性結合：靠兩個原子各貢獻一個電子，形成所謂的共價鍵；金屬性結合：組成晶體時每個原子的最外層電子為所有原子所共有，因此在結合成金屬晶體時，失去了最外層（價）電子的原子實“沉浸”在由價電子組成的“電子云”中。在這種情況下，電子云和原子實之間存在庫侖作用，體積越小電子云密度越高，庫侖相互作用的庫侖能愈低，表現(xiàn)為原子聚合起來的作用。范德瓦耳斯性結合：惰性元素最外層的電子為8個，具有球?qū)ΨQ的穩(wěn)定封閉結構。但在某一瞬時由于正、負電中心不重合而使原子呈現(xiàn)出瞬時偶極矩，這就會使其它原子產(chǎn)生感應極矩。非極性分子晶體就是依靠這瞬時偶極矩的互作用而結合的。2.什么叫簡正振動模式？簡正振動數(shù)目、格波數(shù)目或格波振動模式數(shù)目是否是一回事？答案：為了使問題既簡化又能抓住主要矛盾，在分析討論晶格振動時，將原子間互作用力的泰勒級數(shù)中的非線形項忽略掉的近似稱為簡諧近似.在簡諧近似下,由N個原子構成的晶體的晶格振動,可等效成3N個獨立的諧振子的振動.每個諧振子的振動模式稱為簡正振動模式,它對應著所有的原子都以該模式的頻率做振動,它是晶格振動模式中最簡單最基本的振動方式.原子的振動,或者說格波振動通常是這3N個簡正振動模式的線形迭加.簡正振動數(shù)目、格波數(shù)目或格波振動模式數(shù)目是一回事,這個數(shù)目等于晶體中所有原子的自由度數(shù)之和,即等于3N.3.長光學支格波與長聲學支格波本質(zhì)上有何差別? 答案：長光學支格波的特征是每個原胞內(nèi)的不同原子做相對振動,振動頻率較高,它包含了晶格振動頻率最高的振動模式.長聲學支格波的特征是原胞內(nèi)的不同原子沒有相對位移,原胞做整體運動,振動頻率較低,它包含了晶格振動頻率最低的振動模式,波速是一常數(shù).任何晶體都存在聲學支格波,但簡單晶格(非復式格子)晶體不存在光學支格波.4.長聲學格波能否導致離子晶體的宏觀極化? 答案：長光學格波所以能導致離子晶體的宏觀極化,其根源是長光學格波使得原胞內(nèi)不同的原子(正負離子)產(chǎn)生了相對位移.長聲學格波的特點是,原胞內(nèi)所有的原子沒有相對位移.因此,長聲學格波不能導致離子晶體的宏觀極化.5.何謂極化聲子?何謂電磁聲子?答案：長光學縱波引起離子晶體中正負離子的相對位移,離子的相對位移產(chǎn)生出宏觀極化電場,稱長光學縱波聲子為極化聲子.由本教科書的(3.103)式可知,長光學橫波與電磁場相耦合,使得它具有電磁性質(zhì),人們稱長光學橫波聲子為電磁聲子.6、什么是聲子？答案：晶格振動的能量量子。在晶體中存在不同頻率振動的模式，稱為晶格振動，晶格振動能量可以用聲子來描述，聲子可以被激發(fā)，也可以湮滅。7、什么是固體比熱的德拜模型？并簡述計算結果的意義。答案：德拜提出以連續(xù)介質(zhì)的彈性波來代表格波，將布喇菲晶格看作是各向同性的連續(xù)介質(zhì)，有1個縱波和2個獨立的橫波。計算結果表明低溫極限下：—與溫度的3次方成正比。溫度愈低，德拜近似愈好，說明在溫度很低時，只有長波格波的激發(fā)是主要的。8、什么是固體比熱的愛因斯坦模型？并簡述計算結果的意義。答案：對于有N個原子構成的晶體，晶體中所有的原子以相同的頻率ω0振動。計算結果表明溫度較高時：——與杜?。晏娑梢恢?。溫度非常低時：——按溫度的指數(shù)形式降低，與實驗結果不符。愛因斯坦模型忽略了各格波的頻率差別。9、根據(jù)能帶理論簡述金屬、半導體和絕緣體的導電性；答案：對于金屬：電子在能帶中的填充可以形成不滿帶，即導帶，因此它們一般是導體。對于半導體：從能帶結構來看與絕緣體的相似，但半導體禁帶寬度較絕緣體的窄，依靠熱激發(fā)即可以將滿帶中的電子激發(fā)到導帶中，因而具有導電能力。對于絕緣體：價電子剛好填滿了許可的能帶，形成滿帶。導帶和價帶之間存在一個很寬的禁帶，所以在電場的作用下沒有電流產(chǎn)生。10、簡述近自由電子近似模型、方法和所得到的主要結論。答案：考慮金屬中電子受到粒子周期性勢場的作用，假定周期性勢場的起伏較小。作為零級近似，可以用勢場的平均值代替離子產(chǎn)生的勢場：。周期性勢場的起伏量作為微擾來處理。當兩個由相互自由的矩陣元狀態(tài)和的零級能量相等時，一級修正波函數(shù)和二級能量修正趨于無窮大。即：，或者，在布里淵區(qū)的邊界處，能量發(fā)出突變，形成一系列的能帶。11、簡述緊束縛近似模型的思想和主要結論。緊束縛近似方法的思想：電子在一個原子（格點）附近時，主要受到該原子勢場的作用，而將其它原子（格點）勢場的作用看作是微擾，將晶體中電子的波函數(shù)近似看成原子軌道波函數(shù)的線性組合，這樣可以得到原子能級和晶體中能帶之間的關系。一個原子能級εi對應一個能帶，不同的原子能級對應不同的能帶。當原子形成固體后，形成了一系列的能帶