固體物理學(xué)整理要點

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上固體物理復(fù)習(xí)要點第一章，第二章的前三節(jié)，第三章的1,2,4節(jié)，第五章（第四節(jié)除外），第六章的前四節(jié)第一章 1、晶體有哪些宏觀特性？答：自限性、晶面角守恒、解理性、晶體的各向異性、晶體的均勻性、晶體的對稱性、固定的熔點這是由構(gòu)成晶體的原子和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性決定的。說明晶體宏觀特性是微觀特性的反映2、什么是空間點陣？答：晶體可以看成由相同的格點在三維空間作周期性無限分布所構(gòu)成的系統(tǒng)，這些格點的總和稱為點陣。3、什么是簡單晶格和復(fù)式晶格？答：簡單晶格：如果晶體由完全相同的一種原子組成，且每個原子周圍的情況完全相同，則這種原子所組成的網(wǎng)格稱為簡單晶格。復(fù)式晶格：如果晶體的

2、基元由兩個或兩個以上原子組成，相應(yīng)原子分別構(gòu)成和格點相同的網(wǎng)格，稱為子晶格，它們相對位移而形成復(fù)式晶格。4、試述固體物理學(xué)原胞和結(jié)晶學(xué)原胞的相似點和區(qū)別。答：(1)固體物理學(xué)原胞(簡稱原胞)構(gòu)造：取一格點為頂點，由此點向近鄰的三個格點作三個不共面的矢量，以此三個矢量為邊作平行六面體即為固體物理學(xué)原胞。特點：格點只在平行六面體的頂角上，面上和內(nèi)部均無格點，平均每個固體物理學(xué)原胞包含1個格點。它反映了晶體結(jié)構(gòu)的周期性。(2)結(jié)晶學(xué)原胞（簡稱晶胞）構(gòu)造：使三個基矢的方向盡可能地沿著空間對稱軸的方向，它具有明顯的對稱性和周期性。特點：結(jié)晶學(xué)原胞不僅在平行六面體頂角上有格點，面上及內(nèi)部亦可有格點。其體積

3、是固體物理學(xué)原胞體積的整數(shù)倍。5、晶體包含7大晶系，14種布拉維格子，32個點群？試寫出7大晶系名稱；并寫出立方晶系包含哪幾種布拉維格子。答：七大晶系：三斜、單斜、正交、正方、六方、菱方、立方晶系。6在晶體的宏觀對稱性中有哪幾種獨立的對稱元素？寫出這些獨立元素。答：7.密堆積結(jié)構(gòu)包含哪兩種？各有什么特點？答：(1)六角密積第一層：每個球與6個球相切，有6個空隙，如編號1,2,3,4,5,6。第二層：占據(jù)1,3,5空位中心。第三層：在第一層球的正上方形成ABABAB排列方式。六角密積是復(fù)式格，其布拉維晶格是簡單六角晶格?；蓛蓚€原子組成，一個位于(000)，另一個原子位于(2)立方密積第一層：

4、每個球與6個球相切，有6個空隙，如編號為1,2,3,4,5,6。第二層：占據(jù)1，3，5空位中心。第三層：占據(jù)2，4，6空位中心，按ABCABCABC方式排列，形成面心立方結(jié)構(gòu)，稱為立方密積。8.試舉例說明哪些晶體具有簡單立方、面心立方、體心立方、六角密積結(jié)構(gòu)。并寫出這幾種結(jié)構(gòu)固體物理學(xué)原胞基矢。 答：CsCl 、ABO3 ； NaCl； ； 纖維鋅礦ZnS9.會從正格基矢推出倒格基矢，并知道倒格子與正格子之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？10.會畫二維晶格的布里淵區(qū)。11.會求晶格的致密度。12.會求晶向指數(shù)、晶面指數(shù)，并作出相應(yīng)的平面。13.理解原子的形狀因子，會求立方晶格結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)因子。14.X射

5、線衍射的幾種基本方法是什么？各有什么特點？答：勞厄法：(1)單晶體不動，入射光方向不變；(2)X射線連續(xù)譜，波長在 間變化，反射球半徑轉(zhuǎn)動單晶法：(1)X射線是單色的；(2)晶體轉(zhuǎn)動。粉末法 ：(1)X射線單色(l固定)；(2)樣品為取向各異的單晶粉末。第二章 1、什么是晶體的結(jié)合能，按照晶體的結(jié)合力的不同，晶體有哪些結(jié)合類型及其結(jié)合力是什么力？答：晶體的結(jié)合能就是將自由的原子（離子或分子）結(jié)合成晶體時所釋放的能量。結(jié)合類型：離子晶體離子鍵 分子晶體范德瓦爾斯力 共價晶體共價鍵 金屬晶體金屬鍵 氫鍵晶體氫鍵 2、原子間的排斥力主要是什么原因引起的？ 庫侖斥力 與 泡利原理 引起的3、離子晶體有

6、哪些特點？為什么會有這些特點？答：離子晶體主要依靠吸引較強的靜電庫侖力而結(jié)合，其結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固，結(jié)合能的數(shù)量級約在800kJ/mol。結(jié)合的穩(wěn)定性導(dǎo)致了導(dǎo)電性能差，熔點高，硬度高和膨脹系數(shù)小等特點。4、試述共價鍵定義，為什么共價鍵具有飽和性和方向性的特點？答：共價鍵是的一種，兩個或多個共同使用它們的外層，在理想情況下達(dá)到電子的狀態(tài)，由此組成比較穩(wěn)定和堅固的化學(xué)結(jié)構(gòu)叫做共價鍵。 當(dāng)原子中的電子一旦配對后，便再不能再與第三個電子配對，因此當(dāng)一個原子與其他原子結(jié)合時，能夠形成共價鍵的數(shù)目有一個最大值，這個最大值取決于它所含有的未配對的電子數(shù)。即由于共價晶體的配位數(shù)較低，所以共價鍵才有飽和性的特點。另一

7、方面，當(dāng)兩個原子在結(jié)合成共價鍵時，電子云發(fā)生交疊，交疊越厲害，共價鍵結(jié)合就越穩(wěn)固，因此在結(jié)合時，必定選取電子云交疊密度最大的方位，這就是共價鍵具有方向性的原因。5、金屬晶體的特點是什么？為什么會有這些特點？一般金屬晶體具有何種結(jié)構(gòu)，最大配位數(shù)為多少？答：特點：良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，較好的延展性，硬度大，熔點高。金屬性的結(jié)合方式導(dǎo)致了金屬的共同特性。金屬結(jié)合中的引力來自于正離子實與負(fù)電子氣之間的庫侖相互作用，而排斥力則有兩個來源，由于金屬性結(jié)合沒有方向性要求的緣故，所以金屬具有很大的塑性，即延展性較好。金屬晶體多采用立方密積（面心立方結(jié)構(gòu)）或六角密積，配位數(shù)均為12；少數(shù)金屬為體心立方結(jié)構(gòu)，配位

8、數(shù)為8。6、簡述產(chǎn)生范德瓦斯力的三個來源？為什么分子晶體是密堆積結(jié)構(gòu)？答：來源：1、極性分子間的固有偶極矩產(chǎn)生的力稱為Keesen力；2、感應(yīng)偶極矩產(chǎn)生的力稱為Debye力；3、非極性分子間的瞬時偶極矩產(chǎn)生的力稱為London力。 由于范德瓦耳斯力引起的吸引能與分子間的距離r的6次方成反比，因此，只有當(dāng)分子間的距離r很小時范德瓦耳斯力才能起作用。而分子晶體的排斥能與分子間的距離r的12次方成反比，因此排斥能隨分子間的距離增加而迅速減少。范德瓦耳斯力沒有方向性，也不受感應(yīng)電荷是否異同號的限制，因此，分子晶體的配位數(shù)越大越好。配位數(shù)越大，原子排列越密集，分子晶體的結(jié)合能就越大，分子晶體就越穩(wěn)定，在

9、自然界排列最密集的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方或六方密堆積結(jié)構(gòu)。7、什麼叫氫鍵？試舉出氫鍵晶體的例子答：氫原子同時與兩個負(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。 如：水（H2O），冰，磷酸二氫鉀（KH2PO40），脫氧核糖酸（DNA）等。第三章 1、會推導(dǎo)一維單原子鏈的色散關(guān)系。2、引入玻恩卡門條件的理由是什么？答：(1) 方便于求解原子運動方程.由本教科書的(3.4)式可知, 除了原子鏈兩端的兩個原子外, 其它任一個原子的運動都與相鄰的兩個原子的運動相關(guān). 即除了原子鏈兩端的兩個原子外, 其它原子的運動方程構(gòu)成了個聯(lián)立方程組. 但原子鏈兩端的兩個原子只有一個相鄰原子, 其運動方

10、程僅與一個相鄰原子的運動相關(guān), 運動方程與其它原子的運動方程迥然不同. 與其它原子的運動方程不同的這兩個方程, 給整個聯(lián)立方程組的求解帶來了很大的困難.(2) 與實驗結(jié)果吻合得較好.對于原子的自由運動, 邊界上的原子與其它原子一樣, 無時無刻不在運動. 對于有N個原子構(gòu)成的的原子鏈, 硬性假定 的邊界條件是不符合事實的. 其實不論什么邊界條件都與事實不符. 但為了求解近似解, 必須選取一個邊界條件. 晶格振動譜的實驗測定是對晶格振動理論的最有力驗證(參見本教科書3.2與3.4). 玻恩卡門條件是晶格振動理論的前提條件. 實驗測得的振動譜與理論相符的事實說明, 玻恩卡門周期性邊界條件是目前較好的

11、一個邊界條件.3、什么叫格波？答：晶格中的原子振動是以角頻率為的平面波形式存在的，這種波就叫格波。4、為什么把格波分為光學(xué)支與聲學(xué)支？答：因為晶格振動波矢為N，格波支數(shù)為mp，這其中，m支為聲學(xué)支，m（p-1）支為光學(xué)支。5、長光學(xué)支格波與長聲學(xué)支格波本質(zhì)上有何差別?答：長光學(xué)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(xué)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(xué)支格波, 但簡單晶格(非復(fù)式格子)晶體不存在光學(xué)支格波.6、什

12、么叫聲子？與光子有何區(qū)別？答：將格波的能量量子叫聲子。聲子和光子的區(qū)別：光子是一種真實粒子，它可以在真空中存在；但聲子是人們?yōu)榱烁玫乩斫夂吞幚砭Ц窦w振動設(shè)想出來的一種粒子，它不能游離于固體之外，更不能跑到真空中，離開了晶格振動系統(tǒng)，也就無所謂聲子，所以，聲子是種準(zhǔn)粒子。聲子和光子一樣，是玻色子，它不受泡利不相容原理限制，粒子數(shù)也不守恒，并且服從玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。7.對于一給定的固體，它是否擁有一定種類和數(shù)目的聲子?聲子是否攜帶一定的物理動量，為什么?答：8.溫度一定，一個光學(xué)波的聲子和一個聲學(xué)波的聲子數(shù)目哪個多，為什么?答：頻率為 的格波的(平均) 聲子數(shù)為因為光學(xué)波的頻率0比聲學(xué)波的頻

13、率A高, ( )大于( ), 所以在溫度一定情況下, 一個光學(xué)波的聲子數(shù)目少于一個聲學(xué)波的聲子數(shù)目.9、什么是愛因斯坦模型？為什么愛因斯坦模型計算的熱容在低溫下與實驗值不符？答：愛因斯坦對晶格振動采用了一個極簡單的假設(shè)，即晶格中的各原子振動都是獨立的，這樣所有原子振動都有同一頻率。 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 , 屬于光學(xué)支頻率. 但光學(xué)格波在低溫時對熱容的貢獻(xiàn)非常小, 低溫下對熱容貢獻(xiàn)大的主要是長聲學(xué)格波. 也就是說愛因斯坦沒考慮聲學(xué)波對熱容的貢獻(xiàn)是愛因斯坦模型在低溫下與實驗存在偏差的根源.10.什么是德拜模型？為什么溫度很低時，德拜近似與實驗符合較好，愛因斯坦

14、近似與實驗結(jié)果的偏差增大？為什么德拜近似還不能與實驗完全符合？答：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聲學(xué)格波. 長聲學(xué)格波即彈性波. 德拜模型只考慮彈性波對熱容的貢獻(xiàn). 因此, 在甚低溫下, 德拜模型與事實相符, 自然與實驗相符.11.對一個具體的晶體，知道晶體中波矢數(shù)目、原胞數(shù)目、自由度數(shù)之間的關(guān)系？12.用簡諧近似下，晶體會有熱膨脹嗎？為什么?答：在簡諧近似下，（1）=0，晶體不會有熱膨脹；當(dāng)考慮非諧項的貢獻(xiàn)時，不等于0，則晶體有熱膨脹；（2）由于1/K是體壓縮系數(shù)，晶體受熱時如果容易膨脹，受壓時則容易壓縮，這顯然

15、是由原子間結(jié)合鍵的強弱決定的；（3）低溫下，Cv按T下降，因此低溫下，熱膨脹系數(shù)會急劇隨溫度下降。第四章 知識點1、什么是點缺陷？點缺陷主要有哪些類型，各有什么特點？答：點缺陷：它是在格點附近一個或幾個晶格常量范圍內(nèi)的一種晶格缺陷。類型有：空位、填隙原子、雜質(zhì)等。2、線缺陷主要有哪些類型，各有什么特點？主要區(qū)別是什么？答：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。主要類型有刃型位錯和螺旋位錯。刃型位錯的位錯線與滑移方向垂直，小角晶界上的刃型位錯相互平行，小角晶界上位錯相隔的距離為D=b/。螺旋位錯的位錯線與滑移方向平行3、伯格斯矢量？答：若伯格斯迴路所圍繞的區(qū)域都是好

16、區(qū)域，則ma+nb+lc=b，若所圍繞的區(qū)域內(nèi)包含有位錯線，則ma+nb+lc=b0，矢量b就稱為伯格斯矢量。4、面缺陷、體缺陷主要有哪些類型？答：面缺陷有晶粒間界、堆垛間界；體缺陷有空洞、氣泡和包囊物等。5、金屬所能承受的切應(yīng)力為什么小于理論值？答：幾乎所有晶體中都存在位錯，正是由于這些位錯的運動導(dǎo)致金屬在很低的外加切應(yīng)力的作用下就出現(xiàn)滑移。因此，晶體中位移的存在是造成金屬強度大大低于理論值的主要原因。6、螺位錯會對晶體生長有哪些影響？答：晶體生長理論表明，為了要在完整晶面上凝結(jié)新的一層，關(guān)鍵在于首先要靠著漲落現(xiàn)象在晶面上形成一個小核心，然后原子才能沿它的邊緣繼續(xù)集結(jié)生長。而螺旋位錯則在晶面

17、表面提供了一個天然的生長臺階，而且，隨著原子沿臺階的集合生長，并不會消滅臺階，而是使臺階向前移動。第六章 知識點1.在利用能帶理論計算晶體能帶時，固體是由大量原子組成，每個原子又有原子核和電子，實際上是要解多體問題的薛定鄂方程，而我們要把多體問題轉(zhuǎn)化為單電子問題，需要對整個系統(tǒng)進行簡化，試敘述需要哪些簡化近似？答：首先應(yīng)用絕熱近似，由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子質(zhì)量，電子的運動速度就比離子要大得多，故相對于電子，可認(rèn)為離子不動，或者說電子的運動可隨時調(diào)整來適應(yīng)離子的運動。第二個近似是平均場近似，在多電子系統(tǒng)中，可把多電子中的每一個電子看作在離子場及其他電子產(chǎn)生的平均場中運動這種考慮叫平均場近似。第三個近似是周期場近似，每個電子都在完全相同的嚴(yán)格周期性勢場中運動，因此每個電子的運動都可以單獨考慮。2.布洛赫定理的表達(dá)形式和布洛赫定理的物理意義？答：它表明在不同原胞的對應(yīng)點上，波函數(shù)相差一個相位因子ex