固體物理期末復(fù)習(xí)提綱終極版

1、v1.0可編輯可修改固體物理期末復(fù)習(xí)要點第一章1 .晶體、非晶體、準晶體定義晶體：原子排列具有長程有序的特點。非晶體：原子排列呈現(xiàn)近程有序，長程無序的特點。準晶體：其特點是介于晶體與非晶體之間。2 .晶體的宏觀特征1）自限性2）解理性3）晶面角守恒4）各向異性5）均勻性6）對稱性7）固定的熔點3 .晶體的表示，什么是晶格，什么是基元，什么是格點晶格：晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為是由一些相同的點在空間有規(guī)則地做周期性無限分布，這些點的總體稱為晶格?；喝艟w有多種原子組成，通常把由這幾種原子構(gòu)成晶體的基本結(jié)構(gòu)單元稱為基元。格點：格點代表基元的重心的位置。4 .正格和倒格之間的關(guān)系，熟練掌握典型晶體

2、的倒格矢求法1.1區(qū)工(i=j)1oG")2=（幺為整數(shù)）其中瓦,和無A分別為正格點位矢和倒格點位矢口Rf*=/；口i+/；42+，；口3K*=叫人】+%b+；633.（其中四。分別為正、倒格原胞體積）4.倒格矢心=人，1+名友+小京與正格中晶面族（力/?）正交，且其長度為產(chǎn)。155.典型晶體的結(jié)構(gòu)及基矢表示6.熟練掌握晶面的求法、晶列的求法，證明面間距公式7 .什么是配位數(shù)，典型結(jié)構(gòu)的配位數(shù)，如何求解典型如體心、面心的致密度。一個粒子周圍最近鄰的粒子數(shù)稱為配位數(shù)。面心：12體心：8氯化葩（CsCl）:8金剛石：4氯化鈉（NaCl）:68 .什么是對稱操作，有多少種獨立操作，有幾大晶

3、系，有幾種布拉維晶格，多少個空間群。使晶體自身重合的動作。對稱操作：獨立操作：有8種獨立操作，即1,2,3,4,6,i,m,4根據(jù)對稱性，晶體可分為7大晶系，14種布拉維晶格，230個空間群。9 .能寫出晶體和布拉維晶格10 .了解X射線衍射的三種實驗方法及其基本特點1）勞厄法：單晶體不動，入射光方向不變。2）轉(zhuǎn)動單晶法：X射線是單色的，晶體轉(zhuǎn)動。3）粉末法：單色X射線照射多晶試樣。11 .會寫布拉格反射公式衍射加強的條件：2d瓦忖,sin6=1布拉格反射公式12 .什么是幾何結(jié)構(gòu)因子。幾何結(jié)構(gòu)因子：原胞內(nèi)所有原子的散射波，在所考慮方向上的振幅與一個電子的散射波的振幅之比。第二章1 .什么結(jié)合

4、能，其定位公式晶體的結(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。%=EN一七02 .掌握原子間相互作用勢能公式，及其曲線畫法。w(r)=-ABl4rThrty3 .什么叫電離能、親和能、負電性電離能：中性原子失去電子成為價離子時所需要的能量。電子親和能：中性原子獲得電子成為-1價離子時所放出的能量。負電性：負電性=（電離能+親和能），原子的負電性的大小表示原子得失電子能力的強弱。4.掌握5大晶體基本結(jié)合類型和特點，并知道對應(yīng)的例子。晶體類型結(jié)構(gòu)結(jié)合力例子離了晶體負電性相差較大的原子+庫侖作用力。離了鍵氯化鈉非極性分子晶體具有飽和電結(jié)構(gòu)的原子或分子+范德瓦爾斯-倫敦力。范德瓦爾

5、斯-二氧化碳倫敦力。原子晶體第N族、第V族、第V1族、第口族兀素都可以形成原子晶體。共價鍵金剛石金屬晶體第I族、第n族及過渡元素晶體都是典型的金屬晶體。金屬鍵金、銀氫鍵晶體氫原子同時與兩個負電性較大，而原子半徑較小的原子氫鍵水（0、F、N等）結(jié)合，構(gòu)成氫鍵。第三章1 .什么是格波，什么是聲子，滿足的統(tǒng)計規(guī)律格波：晶體中的原子都在它的平衡位置附近不斷地作微振動，由于原子間的相互關(guān)聯(lián)，以晶體的周期性，這種原子振動在晶體中形成格波。聲子：晶格振動的能量量子。統(tǒng)計規(guī)律如下：（ni為平均聲子數(shù)，3i為頻率。）2 .熟練掌握一維晶格不同類型原子鏈色散關(guān)系的求解過程3 .掌握波矢數(shù)、振動模式、頻率數(shù)目和自由

6、度的關(guān)系，并能用于求解具體的例子例2:金剛石結(jié)構(gòu)有幾支格波?幾支聲學(xué)波?幾支光學(xué)波?設(shè)晶體有沖原胞，晶格振動模式數(shù)為多少？答：晶格振動的波矢數(shù)目二晶體的原胞嬴I格波振動頻率數(shù)目=晶體的自由度數(shù)孫Y行,晶體中格波的支數(shù)二原胞內(nèi)原子的自由度數(shù)加九金剛石結(jié)構(gòu)為復(fù)式格子，每個原胞有2個原子。m=2號有6支格波，3支聲學(xué)波，3支光學(xué)波.振動模式數(shù)為6N.4 .知道長波近似、光學(xué)波、聲學(xué)波、極化聲子、電磁聲子等含義長波近似：在長波近似下，格波的波長遠大于原子間距，晶格就像一個連續(xù)的介質(zhì)。光學(xué)波：因該格波可用光波的電磁場來激發(fā)，所以稱這種格波為光學(xué)波。聲學(xué)波：單原子鏈中傳播的長格波叫聲學(xué)波，其為連續(xù)介質(zhì)的彈

7、性波。極化聲子：因為長光學(xué)波是極化波，且只有長光學(xué)縱波才伴隨著宏觀的極化電場，所以長光學(xué)縱波聲子稱為極化聲子。電磁聲子：長光學(xué)橫波與電磁場相耦合，它具有電磁性質(zhì)，稱長光學(xué)橫波聲子為電磁聲子。5 .知道確定晶格振動譜的三種方法實驗方法主要有中子的非彈性散射、X射線和光的散射。6 .了解固體比熱的實驗規(guī)律，知道杜隆-珀替定律固體比熱的實驗規(guī)律7 在高溫時，晶體的比熱為3NkB;8 2)在低溫時，絕緣體的比熱按丁人3趨于零。1.杜隆一珀替定律(經(jīng)典理論)根據(jù)能量均分定理，每一個自由度的平均能量是心。若晶體有階原子，則根自由度為：3N.E=3Nk/尊=3%它是一個與溫度無關(guān)的常數(shù).這一結(jié)論稱為杜隆一珀

8、替定律.低溫時經(jīng)典理論不再適用。7.熟練掌握模式密度的求解8.掌握愛因斯坦模型和德拜模型的條件、成功與失敗之處及其根源愛因斯坦模型德拜模型(1)晶體中原子的振動是相互獨立的；(1)晶體視為連續(xù)介質(zhì)，格波視為彈性波；n(2)所有原子都具有同一頻率3。(2)有一支縱波兩支橫波；(3)晶格振動頻舉在0coD之間(wD為德拜頻率)。愛因斯坦模型：計算表明，在甚低溫度下，格波的頻率很低，屬于長聲學(xué)波，所以在甚低溫度下，晶體的比熱主要由長聲學(xué)波決定。因此愛因斯坦模型在低溫時不能與實驗相吻合。德拜模型：由上式看出，在極低溫度下，比熱與T3成正比，這個規(guī)律稱為德拜定律。溫度越低，理論與實驗吻合的越好。9 .熟

9、練掌握德拜模型求比熱的過程及其高低溫極限10 .什么是晶體的非簡諧效應(yīng)、什么是熱膨脹、什么是熱傳導(dǎo)熱膨脹：在不施加壓力的情況下，晶體體積隨溫度變化的現(xiàn)象稱為熱膨脹。熱傳導(dǎo)：當(dāng)晶體中溫度不均勻時，將會有熱能從高溫處流向低溫處，直至各處溫度相等達到新的熱平衡，這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)。第四章1 .什么是晶體缺陷、什么是結(jié)構(gòu)缺陷、什么是化學(xué)缺陷晶體缺陷（晶格的不完整性）：晶體中任何對完整周期性結(jié)構(gòu)的偏離就是晶體的缺陷。結(jié)構(gòu)缺陷：沒有雜質(zhì)的具有理想的化學(xué)配比的晶體中的缺陷，如空位，填隙原子，位錯。化學(xué)缺陷：由于摻入雜質(zhì)或同位素，或者化學(xué)配比偏離理想情況的化合物晶體中的缺陷，如雜質(zhì)，色心等。2 .缺陷的分類及

10、其種類（點、線、面）點缺陷：弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷、填隙原子、雜質(zhì)；線缺陷：刃型位錯、螺旋位錯；面缺陷：晶粒間界、堆垛間界。3 .掌握弗侖克爾缺陷、肖特基缺陷含義及其區(qū)分弗侖克爾缺陷：當(dāng)晶格中的原子脫離格點后，移到間隙位置形成填隙原子時，在原來的格點位置處產(chǎn)生一個空位，填隙原子和空位成對出現(xiàn)，這種缺陷稱為弗侖克爾缺陷。肖特基缺陷：當(dāng)晶體中的原子脫離格點位置后不在晶體內(nèi)部形成填隙原子，而是占據(jù)晶體表面的一個正常位置，并在原來的格點位置產(chǎn)生一個空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷。4 .什么是色心、什么是極化子色心：能吸收可見光的晶體缺陷稱為色心。極化子：這樣一個攜帶著周圍的晶格畸變而運動的電子，可看作

11、一個準粒子（電子+晶格的畸變)，稱為極化子。5 .什么是位錯，典型的位錯有哪些位錯：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。位錯就是線缺陷。典型位錯：有刃型位錯和螺旋位錯。6 .什么是晶界、堆垛的表示方法1 -晶粒間界晶粒之間的交界稱為晶粒間界,晶粒間界內(nèi)原子的排列是無規(guī)則的.因此這種邊界是面缺陷。晶粒間界內(nèi)原子摔列的結(jié)構(gòu)比較疏松，原子比較容易沿晶粒間界擴散。2 .雄垛間畀我們知道金屬晶體常采用立方密積的結(jié)構(gòu)形式,而立方密積是原子球以三層為一組，如果把這樣的一組三層記為TEC,則晶面的排列形式為：4Sa4SC4XC4£C7 .了解缺陷數(shù)目的求解公式自由能尸

12、可表示成如下形式：FU-TSU是內(nèi)能是靖，丁是絕對溫度。由=<J可求熱缺陷的數(shù)目。CHr第五章1 .什么是自由電子氣自由電子氣(自由電子費米氣體)：是指自由的、無相互作用的、遵從泡利原理的電子氣。2 .索末菲模型的假設(shè)(1)金屬中的價電子彼此之間無相互作用；(2)金屬內(nèi)部勢場為恒定勢場；（3）價電子速度服從費米一狄拉克分布。3 .熟練掌握能態(tài)密度的求解4 .什么是費米能級費米能級：被電子占據(jù)的最高能級稱為費米能級。5 .掌握電子占據(jù)概率公式及其曲線在熱平衡時，能量為E的狀態(tài)被電子占據(jù)的概率是/（£）=：£-7小尸+i小一費米能級（等于這個系統(tǒng)中電子的化學(xué)勢），它的意義

13、是在體積不變的條件下，系統(tǒng)增加一個電子所需的自由能。f(E)(E-EF)圖象IE«£f/(£)=陡變£=£t0E>E,E«EE=Et-E»ErE«EtE»Ey隨著，的增加，人玲發(fā)生變化的能量范圍變寬，但在任何情況下,此能量范圍約在導(dǎo)附近劃口7范圍內(nèi).6 .什么是功函數(shù)、接觸電勢差功函數(shù)：電子在深度為Eo的勢阱內(nèi)，要使費米面上的電子逃離金屬，至少使之獲得？=EoEf的能量，？稱為脫出功又稱功函數(shù)。接觸電勢差：兩塊不同的金屬相接觸，或用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)起來，兩塊金屬就會帶有電荷并產(chǎn)生不同的電勢，即為接觸電勢差。

14、7 .什么是霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)：磁場中的載流導(dǎo)線，在垂直于電流方向的兩個端面間存在電勢差，即為霍爾效應(yīng)。第八早1 .知道能帶理論中多體到單體的三步近似1）絕熱近似2）平均場近似3）周期場近似2 .熟練掌握布洛赫定理的證明3 .什么是布里淵區(qū)、什么是簡約布里淵區(qū)布里淵區(qū)：在倒格空間中以任意一個倒格點為原點，做原點和其他所有倒格點連線的中垂面（或中垂線），這些中垂面（或中垂線）將倒格空間分割成許多區(qū)域，這些區(qū)域稱為布里淵區(qū)。第一布里淵區(qū)（簡約布里淵區(qū)）：圍繞原點的最小閉合區(qū)域。4 .掌握簡單布里淵區(qū)的求解5 .什么是近自由電子近似、什么是平面波方法近自由電子近似：由于周期場的周期性起伏很弱，它可以看

15、成自由電子情況穩(wěn)定勢場的微擾，此時晶體中的價電子行為就很接近自由電子，故叫近自由電子近似。平面波方法：三維周期場中電子運動的近自由電子近似就叫平面波方法。6 .掌握能帶的三種畫法SI64一維能帶結(jié)構(gòu)的三種不同表示的約布里淵區(qū)圖示（b）周期圖示。擴履布里.淵區(qū)因示7 .什么是緊束縛近似，知道瓦尼爾函數(shù)的特點緊束縛近似模型：晶體中的電子在某個原子附近時主要受該原子勢場的作用，其他原子的作用視為微擾來處理，以孤立原子的電子態(tài)作為零級近似，即為緊束縛近似。瓦尼爾函數(shù)的特點：(1)此函數(shù)是以格點矢量Rn為中心的波包，因而具有定域的特性；(2)不同能帶不同格點的瓦尼爾函數(shù)是正交的。8 .熟練掌握緊束縛方法

16、求解s態(tài)能帶9 .熟練掌握有效質(zhì)量的求解10 .知道為什么有效質(zhì)量可以是負的11 .什么是滿帶、導(dǎo)帶、空帶(1)滿帶：能帶中所有電子狀態(tài)都被電子占據(jù)。(2)導(dǎo)帶：能帶中只有部分電子狀態(tài)被電子占據(jù)，其余為空態(tài)。(3)空帶：能帶中所有電子狀態(tài)均未被電子占據(jù)。13.什么是Wilson轉(zhuǎn)變，什么是Peierls轉(zhuǎn)變1. Wilson轉(zhuǎn)變：任何非導(dǎo)體材料在足夠大的壓強下可以實現(xiàn)價帶和導(dǎo)帶的重疊，從而呈現(xiàn)金屬導(dǎo)電性。2. Peierls轉(zhuǎn)變：結(jié)構(gòu)變化引起的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。選學(xué)部分1 .鐵磁性、反鐵磁、亞鐵磁的定義鐵磁性：磁矩的自發(fā)平行分布的特征。反鐵磁：在原子自旋(磁矩)受交換作用而呈現(xiàn)有序排列的磁性材料中，如果相鄰原子自旋間是受負的交換作用，自旋為反平行排列，則磁矩雖處于有序狀態(tài)(稱為序磁性)，但總的凈磁矩在不受外場作用時仍為零。這種磁有序狀態(tài)稱為反鐵磁性。亞鐵磁：亞鐵磁性是在無外加磁場的情況下，磁疇內(nèi)由于相鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用。2 .什么是居里溫度居里溫度：鐵磁一順磁轉(zhuǎn)變的臨界溫度。3 .原子磁矩的主要來源(1)電子繞原子核運動的軌道磁矩。(2)電子的自旋運動的自旋磁矩。(3)原子核的磁矩。4 .什么是超導(dǎo)超導(dǎo)：在低溫下物質(zhì)具有零電阻的性能5 .超導(dǎo)現(xiàn)象的兩個基本性質(zhì)(1)完全導(dǎo)電性(2)完全抗磁性6 .能舉例三個以上超導(dǎo)的應(yīng)用磁懸浮列車超導(dǎo)計算機超導(dǎo)加速器7 .什么是