2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：晶體的結(jié)構(gòu)

1、晶體的結(jié)構(gòu)第一章晶體的結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容：晶體的空間點(diǎn)陣、倒格子空間、晶體的對(duì)稱(chēng)性、晶體結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型以及晶體的X射線(xiàn)衍射。固體物理學(xué)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)。固體物理學(xué)是學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件物理的先導(dǎo)課程，也是進(jìn)入固體電子學(xué)與微電子學(xué)、光電子學(xué)領(lǐng)域的必備基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)中必須注意的問(wèn)題. 保證學(xué)好第一章：只有把基本的晶體結(jié)構(gòu)搞清楚，才能深入探討固體物理的其它重要內(nèi)容。. 不必懼怕課程中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。能夠用簡(jiǎn)單的公式表達(dá)物理內(nèi)涵是非常幸運(yùn)的。在實(shí)際問(wèn)題中我們就很難用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式給出答案了。1.1晶體的特征一長(zhǎng)程有序用x射線(xiàn)衍射、電子顯微鏡等可以研究晶體內(nèi)原子的排列，發(fā)現(xiàn)：晶體是由原子在三維空間規(guī)則的周期性

2、排列所構(gòu)成的。晶體內(nèi)部所呈現(xiàn)的原子的有序排列稱(chēng)為長(zhǎng)程有序。stacking mismatch boundariesSMBs!準(zhǔn)單色的平行x射線(xiàn)束探測(cè)器單晶體：晶體內(nèi)部的原子是有序排列的。如Si，GaAs單晶。多晶體：是由許多小晶粒（晶體）構(gòu)成的，小晶粒內(nèi)部是長(zhǎng)程有序的，而各個(gè)小晶粒之間是沒(méi)有確定取向的。如冰，金屬。隨著溫度的變化，晶體的長(zhǎng)程有序可以被破壞，晶體具有確定的熔點(diǎn)。沒(méi)有特別說(shuō)明，以后指的都是單晶體。二解理性晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)。相應(yīng)的晶面稱(chēng)為解理面。單晶體的表面大都為解理面?？梢岳镁w的解理性對(duì)晶體進(jìn)行分割。三晶面角守恒盡管同一種晶體的外形可以不同（如巖鹽（NaC

3、I）晶體可以是立方體或八面體，也可以是立方同八面的混合體），但相應(yīng)晶面間的夾角保持不變。如水晶(SiO2)的兩個(gè)M 面之間的夾角始終為60。晶面角守恒定律：屬于同一品種的晶體，兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。 -是由原子的有序排列所決定的。四各向異性晶體的物理性質(zhì)（如彈性常數(shù)、壓電常數(shù)、介電常數(shù)等）在不同方向上存在差異，此即為晶體的各向異性。各向異性是晶體區(qū)別于非晶體的重要特性。帶軸：晶面常常排列成帶狀，晶面間的交線(xiàn)稱(chēng)為晶棱，晶棱的共同方向稱(chēng)為帶軸。下一步的問(wèn)題：如何描述晶體結(jié)構(gòu)？1.2 空間點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述布喇菲空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)晶體是由大量原子（或離子）（1023/cm3）組成的。晶體的種類(lèi)很多，而且構(gòu)成各種晶體的原子的種類(lèi)也可以有很大的不同，如硅單晶，BaTiO3晶體。因此，從原子層面上看，實(shí)際晶體的結(jié)構(gòu)可能是非常復(fù)雜的。如何描述？關(guān)于晶體幾何結(jié)構(gòu)問(wèn)題，早在19世紀(jì)，布喇菲就提出了“空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)”，后來(lái)又發(fā)展了空間群理論，形成了晶體幾何的完備理論。布喇菲空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)：晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由一些相同的點(diǎn)子在空間作周期性無(wú)限分布所構(gòu)成的系統(tǒng)。點(diǎn)子的總體稱(chēng)為點(diǎn)陣。一、空間點(diǎn)陣學(xué)說(shuō)中所稱(chēng)的“點(diǎn)子”代表著結(jié)構(gòu)中相同的“位置”，稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。A. 當(dāng)晶體是由一種原子構(gòu)成的，結(jié)點(diǎn)可以是原子本身的位置，也可以是原子周?chē)哪骋稽c(diǎn)，一般用原子本身的位置。B. 當(dāng)晶體是由