固體物理常見晶體的結(jié)構(gòu)

固體物理常見晶體的結(jié)構(gòu)第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

如果組成晶體的基元是由兩種或兩種以上的原子組成，則該晶格稱為復(fù)式格子。

在復(fù)式格子中，若以每一個(gè)基元中相應(yīng)的同種原子為結(jié)點(diǎn)可以各自構(gòu)成一套網(wǎng)格-------子晶格。各子晶格互移套構(gòu)形成復(fù)式格子。

如果組成晶體的基元是由完全相同的一種原子組成，則該晶格稱為簡單格子。由基元中原子間的相對位置決定第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一原胞子晶格子晶格基元晶格原胞基元晶格第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一1.氯化銫結(jié)構(gòu)氯化銫（CsCl）是另一種典型的離子晶體，它的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。CsCl二、典型材料的晶體結(jié)構(gòu)第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一Cl+子晶格Cs+子晶格晶格基元原胞簡單立方晶格與基元第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一CsCl晶體:簡單立方Cl-和Cs+各自構(gòu)成一套簡單立方結(jié)構(gòu)的子晶格，CsCl結(jié)構(gòu)是這兩個(gè)子晶格沿立方體空間對角線方向平移1/2空間對角線長度套構(gòu)而成的。所以，CsCl結(jié)構(gòu)是簡單立方結(jié)構(gòu)，而不是體心立方結(jié)構(gòu)。第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一2.氯化鈉結(jié)構(gòu)

氯化鈉晶體由氯原子和鈉原子組成的第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一晶格基元原胞原胞子晶格子晶格基元晶格第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

由Na+和Cl-各自構(gòu)成一套面心立方格子，它們彼此沿對角線方向平移1/2套構(gòu)形成了.第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一3.金剛石結(jié)構(gòu)原子除了占據(jù)立方體的頂角和面心位置外，在面心立方的晶胞內(nèi)還有4個(gè)原子，這4個(gè)原子分別位于4個(gè)空間對角線的1/4處。

（1/4，1/4，1/4），（3/4，3/4，1/4）（1/4，3/4，3/4），（3/4，1/4，3/4）第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一在正四面體中心位置的碳原子其價(jià)鍵的取向同四面體頂角上的碳原子價(jià)鍵取向是不同的，所以，這兩種碳原子的周圍環(huán)境情況是不相同的，因此，金剛石結(jié)構(gòu)是復(fù)式格子。金剛石可以看成是由兩個(gè)面心立方的子晶格彼此沿空間對角線平移1/4長度套構(gòu)而成的。晶格基元原胞晶格與基元原胞第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一4.閃鋅礦結(jié)構(gòu)（ZnS）

ZnS和金剛石具有相似的結(jié)構(gòu)，但我們常稱ZnS具有“閃鋅礦結(jié)構(gòu)”。在ZnS晶體中，Zn和S分別組成面心立方結(jié)構(gòu)的子晶格，這兩個(gè)子晶格彼此沿空間對角線平移1/4空間對角線長度套構(gòu)而成。第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一5.鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)以CaTiO3的結(jié)構(gòu)為代表，許多鐵電、介電、壓電、光電以及高溫超導(dǎo)材料都具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，如：BaTiO3,PbZrO3,LiNbO3,LiTaO3等等?，F(xiàn)在，我們以BaTiO3為例，介紹這種類型的結(jié)構(gòu)。第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一基元：Ba、Ti、OⅠ、OⅡ、OⅢ晶格基元原胞簡單立方第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一整個(gè)BaTiO3晶格可以看成是由Ba、Ti、OⅠ、OⅡ、OⅢ各自構(gòu)成的簡單立方格子套構(gòu)而成的。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一20130305第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一6.密堆積結(jié)構(gòu)(1)、密堆積結(jié)構(gòu)常見于金屬晶體。(2)、密堆積結(jié)構(gòu)只存在于由一種原子

組成的晶體。(3)、密堆積結(jié)構(gòu)可以最有效地占據(jù)空間。(4)、在幾何處理上，可以將原子看成是

剛性的小球。(5)、密堆方式：立方密堆和六角密堆

第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第一層：每個(gè)小球與6個(gè)小球緊密相鄰平鋪構(gòu)成第一層，在第一層，每三個(gè)小球之間存在一個(gè)間隙，每個(gè)小球周圍有6個(gè)間隙，分別標(biāo)記

為間隙B和C，標(biāo)記第一層為A層。第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

第二層：小球放置在第一層之上的間隙B

位置，其在面內(nèi)的整體排列也

與第一層一樣，標(biāo)記為B層。第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一

第三層：有兩種密堆積方式，分別對應(yīng)于兩種密堆積結(jié)構(gòu)，一種是立方密堆積結(jié)構(gòu)，另一種是六角密堆積結(jié)構(gòu)。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一立方密堆積：第三層小球堆放在間隙C的

位置之上,標(biāo)記第三層為C

層，第四層再堆放在第一

層小球位置之上,即重復(fù)A

層，這樣就形成了

ABCABCA…的堆積方式。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一圖1.13.立方密堆第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一（111）面立方密堆具有立方密堆積結(jié)構(gòu)的元素晶體：PtPt慣用原胞B1B2B3AC1C2C3A第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一六角密堆積：第三層小球放在第一層小

球之上，即重復(fù)第一層的排

列，這樣就形成了

ABABAB….的密堆積方式。第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一基元和初基原胞六角密堆具有六方密堆積結(jié)構(gòu)的元素晶體：Ti、Zr、Y等Ti第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一三、表征晶體結(jié)構(gòu)的重要概念1、原子半徑

對于由同種元素原子構(gòu)成的晶體，原子半徑r通常是指元胞中相距最近的兩個(gè)原子之間距離的一半。它與晶格常數(shù)a之間有一定的關(guān)系，可由此求得r。2、配位數(shù)

晶體中任一原子最近鄰的原子數(shù)目。配位數(shù)越大，晶體中原子排列越緊密。3、致密度

指晶體中原子所占總體積與晶體總體之比，又稱空間利用率。第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一課堂練習(xí)：求解：體心立方、六角密堆積結(jié)構(gòu)的致密度？第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一在體對角線上，原子為最近鄰，則：，即：由，每個(gè)慣用原胞內(nèi)的原子數(shù)為：。求得：體心立方第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期一六方密堆在端面正六邊形的頂點(diǎn)和中心的原子為最近鄰，則：，即：