固体物理教案

固体物理教案第一页，共十八页，2022年，8月28日绪论研究对象：固体的结构及其组成粒子（原子、离子、分子、电子等）之间相互作用与运动规律，以阐明其性能和用途。固体物理是固体材料和器件的基础学科，是新材料、新器件的生长点。第二页，共十八页，2022年，8月28日注意事项记好笔记；掌握固体物理的基本概念、思维方法和学习方法；针对某一特殊过程，抓住主要矛盾，突出主要因素，建立模型。例如：晶体——周期性；金属——电子公有化——单电子近似

——能带论。3.

作好作业。第三页，共十八页，2022年，8月28日第一章晶体结构

§1－1晶体的宏观特性1.均一性――从宏观理化性质的角度来讲(周期性－－从原子排列的角度来讲）；2.对称性；3.各向异性和解理性。例如，云母的解理性；第四页，共十八页，2022年，8月28日4.自范性和晶面角守恒自范性：晶体能自发地形成封闭的几何多面形。晶面角守恒定律：同一品种的晶体，任两个对应晶面的夹角不变。5.最小自由能和稳定性。6.有固定的熔点。第五页，共十八页，2022年，8月28日NaCl晶体的若干外形第六页，共十八页，2022年，8月28日

§1－2晶体的微观结构周期性－－又称平移对称性，晶体的根本特征（主要矛盾）。空间点阵（布拉菲格子）

基元－－组成晶体的最小结构单元。把基元抽象成为一点，则晶体抽象成为空间点阵。

晶体结构＝基元＋空间点阵第七页，共十八页，2022年，8月28日第八页，共十八页，2022年，8月28日布拉菲格子：把空间点阵用三组不共面的平行线连起来，形成的空间网格。

此时，又把阵点称为格点。布拉菲格子（B格子）＝空间点阵说明基元中A、B可以是不同的原子，或相同的原子，但周围“环境”不同。每个基元用一个格点来表示。此格点选在基元的什么地方、代表几个原子并未限制。第九页，共十八页，2022年，8月28日3.每个基元内所含的原子数＝晶体中原子的种类数。4.布拉菲格子（B格子）的基本特征：各格点的情况（基元内涵和周围“环境”）完全相同。5.晶体结构的一种描述：带基元的B格子。

另一种描述：单式格子：晶体由一种原子组成。一个基元仅有一个原子，即一个原子由一个格点表示。第十页，共十八页，2022年，8月28日复式格子：晶体由几种原子组成，但各种原子在晶体中的排列方式都是相同的（均为B格子的排列），可以说每一种原子都形成一套布拉菲子格子，整个晶体可以看成是若干排列完全相同的子格子套构而成。复式格子＝晶体结构复式格子≠B格子第十一页，共十八页，2022年，8月28日例：晶体结构·○·○·○AB

一种描述：·○＋····

基元B格子另一种描述：····＋○○○A子格子B子格子第十二页，共十八页，2022年，8月28日二、元胞1.初基元胞和基矢

初基元胞：B格子中的最小重复区域。每个初级元胞只包含一个格点。

基矢：在B格子中任取一个格点为原点，初级元胞的三个棱边为三个矢量a1、

a2、a3,其模分别为该方向的最小周期长度，这三个矢量a1、a2、a3称为

基矢。第十三页，共十八页，2022年，8月28日基矢选定之后，B格子中的任一格点的位矢

Rn=n1a1+n2a2+n3a3Rn称为格矢，是B格子的数学表示。第十四页，共十八页，2022年，8月28日说明：1.基矢的选法并不唯一确定，（初基元胞内仅含一个格点）。第十五页，共十八页，2022年，8月28日2.威格纳－赛兹元胞（W－S元胞，对称元胞）作法：（1）任选一格点为原点；（2）将原点与各级近邻的格点连线，得到几组格矢；（3）作这几组格矢的中垂面，这些中垂面绕原点围成的最小区域称W－S

元胞。（请看模型、动画GT010）第十六页，共十八页，2022年，8月28日引入W－S元胞的原因优点：（1）W－S元胞本身保持了B格子的对称性；（2）该取法今后要用到。缺点：（1）W－S元胞的体积等计算不方便；（2）平移对称性反而不直观。第十七页，共十八页，2022年，8月28日3.惯用元胞和轴矢惯用元胞：体积是初基元胞的几倍，能明