固体物理概念(自己整理).doc

第一章1. 晶体 内部组成粒子（原子、离子或原子团）在微观上作有规则的周期性重复排列构成 的固体晶体结构 ——晶体结构即晶体的微观结构， 是指晶体中实际质点 （原子、 离子或分子）的具 体排列情况 金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用 晶体结构是决定固态金属的物 理、化学和力学性能的基本因素之一2. 晶体的通性 所有晶体具有的共通性质，如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等3. 单晶体和多晶体 单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终；多晶体由许多小单晶无规堆砌而成4. 基元、格点和空间点阵 基元是晶体结构的基本单元，格点是基元的代表点，空间点阵是晶体结构中等同点（格点）的集合，其类型代表等同点的排列方式倒易点阵 ——是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵， 它也是描述晶体结构的一 种几何方法， 它和空间点阵具有倒易关系 倒易点阵中的一倒易点对应着空间点阵中一组晶 面间距相等的点格平面5•原胞、WS原胞-----在晶体结构中只考虑周期性时所选取的最小重复单元称为原胞； WS原胞即 Wigner-Seitz 原胞，是一种对称性原胞6. 晶胞 在晶体结构中不仅考虑周期性，同时能反映晶体对称性时所选取的最小重复单元 称为晶胞。

7. 原胞基矢和轴矢 原胞基矢是原胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量； 晶胞基矢是晶胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量，通常以晶胞基矢构成晶体坐标系8. 布喇菲格子（单式格子）和复式格子 晶体结构中全同原子构成的晶格称为布喇菲格子或单式格子，由两种或两种以上的原子构成的晶格称为复式格子9. 简单格子和复杂格子（有心化格子） 一个晶胞只含一个格点则称为简单格子，此时格点位于晶胞的八个顶角处； 晶胞中含不只一个格点时称为复杂格子， 其格点除了位于晶胞的 八个顶角处外，还可以位于晶胞的体心（体心格子） 、一对面的中心（底心格子）和所有面 的中心（面心格子） 10 .密堆积和 配位数 晶体组成原子视为等径原子时所采取的最紧密堆积方式称为密堆积，晶体中只有六角密积与立方密积两种密堆积方式 晶体中每个原子周围的最近邻原子数称为 配位数由于晶格周期性限制，晶体中的配位数只能取： 12，8，6、 4、 3（二维）和 2（一维）11. 晶列、晶向（指数）和等效晶列 晶列是晶体结构中包括无数格点的直线，晶列上格点周期性重复排列， 相互平行的晶列上格点排列周期相同， 一簇相互平行的晶列可将晶体中所 有格点包括无遗；晶向指晶列的方向，晶向指数是晶列的方向余旋的互质整数比， 表为［uvw］；等效晶列是晶体结构中由对称性相联系的一组晶列，表为 。

12. 晶面、晶面指数和等效晶面 晶面是晶体结构中包括无数格点的平面，相互平行的晶面的面间距相等，一簇相互平行的晶面可将晶体中所有格点包括无遗； 晶面指数是晶面法线方向的方向余旋的互质整数比， 表为（hkl）；等效晶面是晶体结构中由对称性相联系的一组晶面，表为｛hkl｝密勒指数特指晶胞坐标系中的晶面指数13. 晶体衍射----晶体的组成粒子呈周期性规则排列，晶格周期和 X再寸线波长同数量级，因此光入射到晶体上会产生衍射现象，称为 射线晶体衍射14. 劳厄方程和布拉格公式----晶体衍射时产生衍射极大的条件劳厄将晶体 X身寸线衍射看作是晶体中原子核外的电子与入射 X身寸线的相互作用，而布拉格父子则将晶体 X身寸线看作是晶面对X身寸线的选择性反射，分别得到衍射加强条件为劳厄方程和布拉格公式， 两者其实是等价的15劳厄方程(k-ko) = 2Sm (Sm为整数)或：Rm (s - So) = Sm.* * —■ *或：k- k0 =心 (& = ha kb l c )16.布拉格公式2d sin r = n ■布拉格定律一一考虑间距为d的平行晶面，入射辐射线位于纸面平面内相邻平行晶面反射 的射线行程差是2ds inx,式中从镜面开始量度。

当行程差是波长的整数倍时，来自相继平面 的辐射就发生了相长干涉 这就是布拉格定律17. 几何结构因子----晶胞中所有原子对 X■射线的散射振幅与一个电子对之比，几何结构因子是一种相对振幅18. 消光规律----因晶胞中原子的几何排列所引起的衍射线消失的规律，称为结构消光19. 倒格子------晶格经傅里叶变换所得到的几何格子倒格子基矢定义：（1）X身寸线的散射振幅2 二 i = j3i bj = 2 .、.jJ J .0 2ji, j =1,2,3(2)b1b22 二^a22 二 a32 二 -a1a3a2倒格子空间是正格子的倒易空间20布里渊区-----布里渊区是倒空间中由倒格矢的中垂面（二维为中垂线）所围成的区域，按 序号由倒空间的原点逐步向外扩展， 每个布区的体积（或面积）等于倒格子原胞的体积 （或面积）第一布里渊区（中心布区或简约布区）是倒格矢的中垂面（线）所围成的最小区域， 是倒空间中的对称性原胞 第n布区是跨越第（n-1）布区的边界所能到达的， 由倒格矢的中垂面（线）所围成的一些分离区域，且各区域体积（面积）之和等于倒格子原胞体积（面积） c21. 晶体对称性----晶体的外形或物理性质在不同方向上有规律地重复的现象。

22. 对称操作----使对称图形复原的动作或变换 （保持晶体上任意两点间距离不变的变换一一正交变换）23. 对称要素---施行对称操作时所凭借的几何元素描述晶体宏观对称性的独立基本对称要 素只有八个：1, 2, 3, 6, I,m和 24. 对称操作数----晶体投影图中由对称性联系起来的等同点的数目，其值体现了对称性的高 低25. 群的概念：群是一些元素的集合，记为 G={E, A, B, C,……}，群元素满足下述群的乘法定则：1） 闭合性：A G, B G 二 AB = C G ；2） 存在单位元素E:对任意 A • G ，有AE=EA=A3） 存在逆元素对任意 A • G，存在 A，，有：AA，= A^A二E4)结合律：A(BC)=(AB)C26. 对称群----对称要素和对称操作的集合构成对称群27. 点群----晶体中相交于一点的对称要素及相应的对称操作的集合， 晶体共有32种点群，又称32种宏观对称类型28. 宏观对称要素----描述晶体宏观对称性的对称要素， 晶体中独立的基本对称要素只有八个：1、2、3、4、6、i、m 和 4 29. 微观对称要素-----描述晶格对称性的对称要素，在宏观对称要素的基础上加上平移轴及平 移与旋转、镜象形成的复合对称要素螺旋轴和滑移面。

30. 空间群-----晶格中全部对称要素及相应的对称操作的集合；晶体共有 230种空间群第二章1. 元素电负性-----元素电负性是原子对核外电子束缚能力大小的量度， 通常用电离能与亲合能之和表示2•结合键-----指原子结合成晶体的方式，晶体的典型结合方式有：离子键、共价键、金属键、 分子键和氢键3•离子键-----吸引力来源于正、负离子间的静电库仑力4•共价键-----吸引力来源于共用电子对的交换作用能（量子效应） 5•金属键-----吸引力来源于带正电的金属原子实与带负电的自由的价电子（电子云）间的静 电库仑力6.分子键----吸引力来源于分子间的范德瓦尔斯力，即电偶极矩间的相互作用为力7•氢键------吸引力来源于裸露的氢核（带正电）与电负性较大的原子之间作用力8•结合能-----晶体中粒子组成晶体后的总能量与粒子间无相互作用时总能量之差称为晶体结 合能.（常令无相互作用时势能为零点）9•最近邻间距-----晶体中最近邻原子之间的平衡距离10. 范德瓦尔斯力-----电偶极矩间的相互作用力，包括：固有偶极矩间的互作用力、瞬时偶极 矩间的互作用力和诱导偶极矩间的互作用力11. 共价键的饱和性和方向性 -----饱和性指两原子间能形成的共价键有一定的数目限制 ［（8-N）定则］;方向性指两原子间的共价键总是沿波函数重叠最大的方向成键。

12. 轨道杂化-----电子的不同状态（分子轨道）间重新进行线性组合后再形成共键键，如金刚 石（碳原子）中的 SP3杂化：SP3 二'-k3-2( 2s 2px1^( 2sJ"2( 2s-丄(®- 2( 2s-'2Px-'2PX-；：2P' ； 2Pz )2Py-；：2Py-；2Pz-^Py」2Pz-2Py-；2Pz第三章1. 简谐近似----晶体中原子之间相互作用能按平衡距离作泰勒展开， 只取到距离的二次方项，忽略距离的高阶项；简谐近似下原子间互作用力与相对位移成正比2. Born-Von Karman边界条件 ——即周期性边界条件，一维情况下将晶格原子链视为由 N个原胞组成的无穷大半径之圆环，则环上第 n个原子与第（N+n）个原子系同一原子，具有完全相同的属性三维情况则可将每一个独立方向视为 Ni个原胞组成的无穷大半径之圆环3. 格波-----晶格中原子的集体振动模式形成格波4. 色散关系-----晶格振动时格波之圆频率与波矢间的关系5. 声子-----#格波的能量量子，声子的能量为 ？ 3,准动量为 q二龙q • Kh ；声子是玻色子，服从玻色—爱因斯坦统计，能量为？3的声子的平均声子数为： if 二 e 畑 _ 16•声学波-----声频支格波，描述晶体中原胞的整体运动。

7•光学波-----光频支格波，描述晶体中原胞内原子之间的相对运动8. 晶格振动的一般结论：对于由 N个原胞组成，每个原胞中有 s个原子的三维复式格子,晶格振动中，有3s支色散关 系，其中3支为声学波，其余 3（s— 1）支为光学波，且： 9•晶格振动波矢的取值数=晶体的原胞数NdZ10. 晶格振动格波（模式）数=晶体的总自由度数 3sN11. 模式密度 ——又称为频率分布函数，定义为单位频率范围内的模式数:12. 黄昆方程----关于离子晶体中的长光学波的维象方程:w = b11W+ b!2E振动方程受极化电场修正丿- - -极化方程受晶格振动修正P = b21W + b22E13. LST关系-Lyden-Sachs-Teller relation1）静态介电常数总大于光频介电常数t长光学纵波的频率总是大于横波的频率；因此，长 光学纵波是极化波；2 ）当 TO >0时，；s —•，晶体中出现自发极化现象（铁电软模理论） ，有自发极化的晶体称铁电体14. 杜隆-珀替定律-----固体比热的经验规律：固体的比热是与温度无关的常数 （高温与实验相符）15. 爱因斯坦模型----固体比热模型，爱因斯坦假设晶体中各原子的振动相互独立，且所有原子都以同一频率3 0振动。

由此得到高温固体的比热是常数， 低温下随温度 Tt 0 K比热按指数规律趋于零16. 德拜模型-----固体比热模型，又称弹性波模型，德拜假设晶体可视为各向同性的连续弹性 介质，格波可以看成连续介质的弹性波，色散关系为：尬 d⑷—=—=V =c onstq dq由此得到高温固体的比热是常数，低温下随温度 Tt0 K比热按T3规律趋于零17. 非谐效应----晶体中原子间的互作用能展式中的三次方以上的项称非谐项， 非谐项不能忽略时所引起的一些现象，如热膨胀。