固體物理學(xué)復(fù)習(xí)課件

某晶體的固體物理學(xué)元胞基矢為：

求：倒格子基矢和晶面指數(shù)為（121）的晶面簇的面間距。

你認(rèn)為固體的彈性強(qiáng)弱主要由排斥作用決定呢,還是吸引作用決定?解答：如右圖所示，r0附近的力曲線越陡,當(dāng)施加一定外力,固體的形變就越小。r0附近力曲線的斜率決定了固體的彈性性質(zhì)。而r0附近力曲線的斜率主要取決于排斥力。因此,固體的彈性強(qiáng)弱主要由排斥作用決定.

共價(jià)結(jié)合為什么有“飽和性”和“方向性”?[解答]設(shè)N為一個(gè)原子的價(jià)電子數(shù)目,對(duì)于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，價(jià)電子殼層一共有8個(gè)量子態(tài),最多能接納(8-N)個(gè)電子,形成(8-N)個(gè)共價(jià)鍵.這就是共價(jià)結(jié)合的“飽和性”.

共價(jià)鍵的形成只在特定的方向上,這些方向是配對(duì)電子波函數(shù)的對(duì)稱軸方向,在這個(gè)方向上交迭的電子云密度最大.這就是共價(jià)結(jié)合的“方向性”.是否有與庫(kù)侖力無(wú)關(guān)的晶體結(jié)合類型?

解答：共價(jià)結(jié)合中,電子雖然不能脫離電負(fù)性大的原子,但靠近的兩個(gè)電負(fù)性大的原子可以各出一個(gè)電子,形成電子共享的形式,即這一對(duì)電子的主要活動(dòng)范圍處于兩個(gè)原子之間,通過庫(kù)侖力,把兩個(gè)原子連接起來(lái).

離子晶體中,正離子與負(fù)離子的吸引力就是庫(kù)侖力.

金屬結(jié)合中,原子實(shí)依靠原子實(shí)與電子云間的庫(kù)侖力緊緊地吸引著.

分子結(jié)合中,是電偶極矩把原本分離的原子結(jié)合成了晶體.電偶極矩的作用力實(shí)際就是庫(kù)侖力.

氫鍵結(jié)合中,氫先與電負(fù)性大的原子形成共價(jià)結(jié)合后,氫核與負(fù)電中心不在重合,迫使它通過庫(kù)侖力再與另一個(gè)電負(fù)性大的原子結(jié)合.

可見,所有晶體結(jié)合類型都與庫(kù)侖力有關(guān).

長(zhǎng)光學(xué)支格波與長(zhǎng)聲學(xué)支格波本質(zhì)上有何差別?長(zhǎng)光學(xué)支格波的特征是每個(gè)原胞內(nèi)的不同原子做相對(duì)振動(dòng),振動(dòng)頻率較高,它包含了晶格振動(dòng)頻率最高的振動(dòng)模式.長(zhǎng)聲學(xué)支格波的特征是原胞內(nèi)的不同原子沒有相對(duì)位移,原胞做整體運(yùn)動(dòng),振動(dòng)頻率較低,它包含了晶格振動(dòng)頻率最低的振動(dòng)模式,波速是一常數(shù).任何晶體都存在聲學(xué)支格波,但簡(jiǎn)單晶格(非復(fù)式格子)晶體不存在光學(xué)支格波.溫度一定，一個(gè)光學(xué)波的聲子數(shù)目多呢,還是聲學(xué)波的聲子數(shù)目多?

因?yàn)楣鈱W(xué)波的頻率比聲學(xué)波的頻率高,所以在溫度一定情況下,一個(gè)光學(xué)波的聲子數(shù)目少于一個(gè)聲學(xué)波的聲子數(shù)目.愛因斯坦模型在低溫下與實(shí)驗(yàn)存在偏差的根源是什么

?

按照愛因斯坦溫度的定義,愛因斯坦模型的格波的頻率大約為1013Hz,屬于光學(xué)支頻率.但光學(xué)格波在低溫時(shí)對(duì)熱容的貢獻(xiàn)非常小,低溫下對(duì)熱容貢獻(xiàn)大的主要是長(zhǎng)聲學(xué)格波.也就是說(shuō)愛因斯坦沒考慮聲學(xué)波對(duì)熱容的貢獻(xiàn)是愛因斯坦模型在低溫下與實(shí)驗(yàn)存在偏差的根

.在甚低溫下,不考慮光學(xué)波對(duì)熱容的貢獻(xiàn)合理嗎

?

從聲子能量來(lái)說(shuō),光學(xué)波聲子的能量很大(大于短聲學(xué)波聲子的能量),它對(duì)應(yīng)振幅很大的格波的振動(dòng),這種振動(dòng)只有溫度很高時(shí)才能得到激發(fā).因此,在甚低溫下,晶體中不存在光學(xué)波.在甚低溫下,德拜模型為什么與實(shí)驗(yàn)相符?在甚低溫下,不僅光學(xué)波得不到激發(fā),而且聲子能量較大的短聲學(xué)格波也未被激發(fā),得到激發(fā)的只是聲子能量較小的長(zhǎng)聲學(xué)格波.長(zhǎng)聲學(xué)格波即彈性波.德拜模型只考慮彈性波對(duì)熱容的貢獻(xiàn).因此,在甚低溫下,德拜模型與事實(shí)相符,自然與實(shí)驗(yàn)相符

.在絕對(duì)零度時(shí)還有格波存在嗎?若存在,格波間還有能量交換嗎?

格波間交換能量是靠聲子的碰撞實(shí)現(xiàn)的.絕對(duì)零度時(shí),聲子消失,格波間不再交換能量.

試指出立方密積和六角密積晶體滑移面的面指數(shù)滑移面一定是密積面,因?yàn)槊芊e面上的原子密度最大,面與面的間距最大,面與面之間原子的相互作用力最小.對(duì)于立方密積,(111)是密積面.對(duì)于六角密積,(0001)是密積面.因此,立方密積和六角密積晶體滑移面的面指數(shù)分別為(111)和(0001).1.化合物半導(dǎo)體材料GaAs晶體屬于閃鋅礦類結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a，其配位數(shù)為

。一個(gè)慣用元胞（結(jié)晶學(xué)元胞）內(nèi)的原子數(shù)

，其布喇菲格子是

。其初基原胞（固體物理學(xué)原胞）包含

原子數(shù)

，體積為

。初基元胞的基矢為

，

，

。2.晶體缺陷主要包括

；

，

，

四種類型；線缺陷又稱為位錯(cuò)，位錯(cuò)分為刃型位錯(cuò)和螺旋型位錯(cuò)兩類。刃型位錯(cuò)的特征是

；螺旋型位錯(cuò)的特征是

，

。3．金屬電子論中，金屬晶體中自由電子遵從

，其能量波矢關(guān)系（E～k）為

。自由電子費(fèi)米面指的是能量為

的等能面，其費(fèi)米半徑KF為

。如果把電子的費(fèi)米能全部看作是電子的動(dòng)能，則費(fèi)米速度可表示為

。半導(dǎo)體材料Si具有金剛石型晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a，其配位數(shù)為

4。一個(gè)慣用元胞（結(jié)晶學(xué)元胞）內(nèi)的原子數(shù)

8。屬于

fcc

布喇菲格子。寫出其初基元胞（固體物理學(xué)元胞）的基矢晶格振動(dòng)色散關(guān)系中

3支聲學(xué)波，

3支光學(xué)波，其總的格波數(shù)

6N。

簡(jiǎn)立方結(jié)構(gòu)如果晶格常數(shù)為a，其倒格子元胞基矢為是在倒格子空間中是

簡(jiǎn)立方

結(jié)構(gòu)，第一布里淵區(qū)的形狀為

立方體

，體積為

（2π）3/a3

。在固體物理中，晶體中常見的化學(xué)鍵有離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵，范德瓦爾斯鍵，氫鍵