固體物理簡(jiǎn)答題及答案

簡(jiǎn)答題1、原子結(jié)合成晶體時(shí)，原子的價(jià)電子產(chǎn)生重新分布，從而產(chǎn)生不同的結(jié)合力，分析離子性、共價(jià)性、金屬性和范德瓦耳斯性結(jié)合力的特點(diǎn)。答案：離子性結(jié)合：正、負(fù)離子之間靠庫(kù)侖吸引力作用而相互靠近，當(dāng)靠近到一定程度時(shí)，由于泡利不相容原理，兩個(gè)離子的閉合殼層的電子云的交迭會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的排斥力。當(dāng)排斥力和吸引力相互平衡時(shí)，形成穩(wěn)定的離子晶體；共價(jià)性結(jié)合：靠?jī)蓚€(gè)原子各貢獻(xiàn)一個(gè)電子，形成所謂的共價(jià)鍵；金屬性結(jié)合：組成晶體時(shí)每個(gè)原子的最外層電子為所有原子所共有，因此在結(jié)合成金屬晶體時(shí)，失去了最外層（價(jià)）電子的原子實(shí)“沉浸”在由價(jià)電子組成的“電子云”中。在這種情況下，電子云和原子實(shí)之間存在庫(kù)侖作用，體積越小電子云密度越高，庫(kù)侖相互作用的庫(kù)侖能愈低，表現(xiàn)為原子聚合起來(lái)的作用。范德瓦耳斯性結(jié)合：惰性元素最外層的電子為8個(gè)，具有球?qū)ΨQ的穩(wěn)定封閉結(jié)構(gòu)。但在某一瞬時(shí)由于正、負(fù)電中心不重合而使原子呈現(xiàn)出瞬時(shí)偶極矩，這就會(huì)使其它原子產(chǎn)生感應(yīng)極矩。非極性分子晶體就是依靠這瞬時(shí)偶極矩的互作用而結(jié)合的。2.什么叫簡(jiǎn)正振動(dòng)模式？簡(jiǎn)正振動(dòng)數(shù)目、格波數(shù)目或格波振動(dòng)模式數(shù)目是否是一回事？答案：為了使問(wèn)題既簡(jiǎn)化又能抓住主要矛盾，在分析討論晶格振動(dòng)時(shí)，將原子間互作用力的泰勒級(jí)數(shù)中的非線形項(xiàng)忽略掉的近似稱為簡(jiǎn)諧近似.在簡(jiǎn)諧近似下,由N個(gè)原子構(gòu)成的晶體的晶格振動(dòng),可等效成3N個(gè)獨(dú)立的諧振子的振動(dòng).每個(gè)諧振子的振動(dòng)模式稱為簡(jiǎn)正振動(dòng)模式,它對(duì)應(yīng)著所有的原子都以該模式的頻率做振動(dòng),它是晶格振動(dòng)模式中最簡(jiǎn)單最基本的振動(dòng)方式.原子的振動(dòng),或者說(shuō)格波振動(dòng)通常是這3N個(gè)簡(jiǎn)正振動(dòng)模式的線形迭加.簡(jiǎn)正振動(dòng)數(shù)目、格波數(shù)目或格波振動(dòng)模式數(shù)目是一回事,這個(gè)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(zhǎng)光學(xué)支格波與長(zhǎng)聲學(xué)支格波本質(zhì)上有何差別? 答案：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(méi)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.4.長(zhǎng)聲學(xué)格波能否導(dǎo)致離子晶體的宏觀極化? 答案：長(zhǎng)光學(xué)格波所以能導(dǎo)致離子晶體的宏觀極化,其根源是長(zhǎng)光學(xué)格波使得原胞內(nèi)不同的原子(正負(fù)離子)產(chǎn)生了相對(duì)位移.長(zhǎng)聲學(xué)格波的特點(diǎn)是,原胞內(nèi)所有的原子沒(méi)有相對(duì)位移.因此,長(zhǎng)聲學(xué)格波不能導(dǎo)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(zhǎng)光學(xué)縱波引起離子晶體中正負(fù)離子的相對(duì)位移,離子的相對(duì)位移產(chǎn)生出宏觀極化電場(chǎng),稱長(zhǎng)光學(xué)縱波聲子為極化聲子.由本教科書(shū)的(3.103)式可知,長(zhǎng)光學(xué)橫波與電磁場(chǎng)相耦合,使得它具有電磁性質(zhì),人們稱長(zhǎng)光學(xué)橫波聲子為電磁聲子.6、什么是聲子？答案：晶格振動(dòng)的能量量子。在晶體中存在不同頻率振動(dòng)的模式，稱為晶格振動(dòng)，晶格振動(dòng)能量可以用聲子來(lái)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(jiǎn)述計(jì)算結(jié)果的意義。答案：德拜提出以連續(xù)介質(zhì)的彈性波來(lái)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(gè)縱波和2個(gè)獨(dú)立的橫波。計(jì)算結(jié)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(shuō)明在溫度很低時(shí)，只有長(zhǎng)波格波的激發(fā)是主要的。8、什么是固體比熱的愛(ài)因斯坦模型？并簡(jiǎn)述計(jì)算結(jié)果的意義。答案：對(duì)于有N個(gè)原子構(gòu)成的晶體，晶體中所有的原子以相同的頻率ω0振動(dòng)。計(jì)算結(jié)果表明溫度較高時(shí)：——與杜?。晏娑梢恢?。溫度非常低時(shí)：——按溫度的指數(shù)形式降低，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。愛(ài)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(jiǎn)述金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性；答案：對(duì)于金屬：電子在能帶中的填充可以形成不滿帶，即導(dǎo)帶，因此它們一般是導(dǎo)體。對(duì)于半導(dǎo)體：從能帶結(jié)構(gòu)來(lái)看與絕緣體的相似，但半導(dǎo)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(dǎo)帶中，因而具有導(dǎo)電能力。對(duì)于絕緣體：價(jià)電子剛好填滿了許可的能帶，形成滿帶。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一個(gè)很寬的禁帶，所以在電場(chǎng)的作用下沒(méi)有電流產(chǎn)生。10、簡(jiǎn)述近自由電子近似模型、方法和所得到的主要結(jié)論。答案：考慮金屬中電子受到粒子周期性勢(shì)場(chǎng)的作用，假定周期性勢(shì)場(chǎng)的起伏較小。作為零級(jí)近似，可以用勢(shì)場(chǎng)的平均值代替離子產(chǎn)生的勢(shì)場(chǎng)：。周期性勢(shì)場(chǎng)的起伏量作為微擾來(lái)處理。當(dāng)兩個(gè)由相互自由的矩陣元狀態(tài)和的零級(jí)能量相等時(shí)，一級(jí)修正波函數(shù)和二級(jí)能量修正趨于無(wú)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(jiǎn)述緊束縛近似模型的思想和主要結(jié)論。緊束縛近似方法的思想：電子在一個(gè)原子（格點(diǎn)）附近時(shí)，主要受到該原子勢(shì)場(chǎng)的作用，而將其它原子（格點(diǎn)）勢(shì)場(chǎng)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(jí)和晶體中能帶之間的關(guān)系。一個(gè)原子能級(jí)εi對(duì)應(yīng)一個(gè)能帶，不同的原子能級(jí)對(duì)應(yīng)不同的能帶。當(dāng)原子形成固體后，形成了一系列的能帶