固體物理簡答試題

固體物理簡答試題固體物理簡答試題固體物理簡答試題第一章1.何為布拉伐格子，簡單晶格、復(fù)式格子？并舉例說明哪一種晶體是簡單格子，哪一種晶體是復(fù)式格子？認(rèn)識(shí)常有的幾種晶體構(gòu)造。布拉伐格子：由l1a1l2a2l3a3確立的空間格子。簡單晶格：每一個(gè)原胞有一個(gè)原子。復(fù)式格子：每一個(gè)原胞含有兩個(gè)或更多的原子。舉例：〔1〕簡單晶格：擁有體心立方晶格構(gòu)造的堿金屬和擁有面心立方晶格構(gòu)造的Au,Ag,Cu晶體都是簡單晶格。〔2〕復(fù)式格子：NaCl晶格，CsCl晶格，金剛石，ZnS,Si,Ge等晶體構(gòu)造：面心立方單胞原子數(shù)4，配位數(shù)12體心立方單胞原子數(shù)2，配位數(shù)8CsCl單胞原子數(shù)2，配位數(shù)8金剛石單胞原子數(shù)8，配位數(shù)4NaCl單胞原子數(shù)na4cl4共8個(gè)，配位數(shù)6簡述晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體的特色。晶體：原子擺列是十分有規(guī)律的，主要表達(dá)是原子擺列擁有周期性，或稱為是長程有序的。非晶體：不擁有長程有序的特色,短程有序。準(zhǔn)晶體：有長程取向性，而沒有長程的平移對(duì)稱性。晶格點(diǎn)陣與實(shí)質(zhì)晶體構(gòu)造有何差別和聯(lián)系？晶體點(diǎn)陣是一種數(shù)學(xué)抽象，此中的格點(diǎn)代表基元中某個(gè)原子的地點(diǎn)或基元質(zhì)心的地點(diǎn)，也能夠是基元中隨意一個(gè)等價(jià)的點(diǎn)。當(dāng)晶格點(diǎn)陣中的格點(diǎn)被詳細(xì)的基元取代后才形成實(shí)質(zhì)的晶體構(gòu)造。晶格點(diǎn)陣與實(shí)質(zhì)晶體構(gòu)造的關(guān)系可總結(jié)為：晶格點(diǎn)陣＋基元＝實(shí)質(zhì)晶體構(gòu)造結(jié)晶學(xué)原胞和固體學(xué)原胞有何不一樣？〔何為單胞和原胞？兩者有何不一樣？〕結(jié)晶學(xué)原胞〔單胞〕：為了同時(shí)反應(yīng)晶格的對(duì)稱性，常取最小重復(fù)單元胞)的一倍或幾倍作為重復(fù)單元。固體學(xué)原胞〔原胞〕：一個(gè)晶格中最小重復(fù)單元，反應(yīng)晶格的周期性。不一樣：結(jié)晶學(xué)原胞除了要考慮晶體構(gòu)造的周期性外，還要反應(yīng)晶體的對(duì)稱性。它的結(jié)點(diǎn)既能夠在頂角上也能夠在體心或許面心處。固體物理學(xué)原胞只需求反應(yīng)晶格周期性的特色，結(jié)點(diǎn)只在極點(diǎn)上，內(nèi)部和面上皆不含其余結(jié)點(diǎn)。并且，固體物理學(xué)原胞只含一種原子。

(原依據(jù)晶體的對(duì)稱性進(jìn)行分類，有多少種點(diǎn)群、空間群、布拉伐格子？32種點(diǎn)群，230個(gè)空間群，14種布拉伐格子，7大晶系倒格子定義，倒格子與正格子的關(guān)系有哪些？倒格子定義：以b1,b2,b3為基矢構(gòu)成一個(gè)空間格子，稱為倒格子。關(guān)系：b12(a2a3)a1,a2,a3是正格基矢b22(a3a1)a1(a2a3)2(a1a2)b3布里淵區(qū)的定義及特色，舉例說明常有的布拉伐格子的布里淵區(qū)形狀？定義：在倒易點(diǎn)陣中，以某一格點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，做所有倒格矢的垂直均分面，倒易空間被這些平面分紅很多包圍原點(diǎn)的多面體地區(qū)，這些地區(qū)稱作布里淵區(qū)。特色：各布里淵區(qū)經(jīng)過適合的平移，都可移到第一布里淵區(qū)且與之重合第二章晶體的典型聯(lián)合方式有哪幾種？并簡要說明各樣結(jié)協(xié)力的特色。離子性聯(lián)合、共價(jià)聯(lián)合、金屬性聯(lián)合、范德瓦爾斯聯(lián)合特色：〔1〕離子性聯(lián)合：：正、負(fù)離子之間靠庫侖吸引力作用而互相湊近，當(dāng)湊近到必定程度時(shí)，因?yàn)榕堇幌嗳菰?，兩個(gè)離子的閉合殼層的電子云的交迭會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)盛的排擠力。當(dāng)排擠力和吸引力互相均衡時(shí)，形成穩(wěn)固的離子晶體；共價(jià)聯(lián)合：靠兩個(gè)原子各奉獻(xiàn)一個(gè)電子，形成共價(jià)鍵。〔3〕金屬性聯(lián)合：構(gòu)成晶體時(shí)每個(gè)原子的最外層電子為所有原子所共有，所以在聯(lián)合成金屬晶體時(shí)，失掉了最外層〔價(jià)〕電子的原子實(shí)“沉醉〞在由價(jià)電子構(gòu)成的“電子云〞中。在這類狀況下，電子云和原子實(shí)之間存在庫侖作用，體積越小電子云密度越高，庫侖互相作用的庫侖能愈低，表現(xiàn)為原子聚合起來的作用?！?〕范德瓦爾斯聯(lián)合：惰性元素最外層的電子為8個(gè)，擁有球?qū)ΨQ的穩(wěn)固關(guān)閉構(gòu)造。但在某一剎時(shí)因?yàn)檎⒇?fù)電中心不重合而使原子體現(xiàn)出剎時(shí)偶極矩，這就會(huì)使其余原子產(chǎn)生感覺極矩。非極性分子晶體就是依賴這剎時(shí)偶極矩的互作用而聯(lián)合的。試述共價(jià)鍵的主要特色。飽和性與方向性飽和性：一個(gè)原子只好形成必定數(shù)量的共價(jià)鍵，每個(gè)鍵含有2個(gè)電子，分別來自兩個(gè)原子。方向性：原子只在特定的方向上形成共價(jià)鍵，各個(gè)共價(jià)鍵之間有確立的相對(duì)取向當(dāng)2個(gè)原子由相距很遠(yuǎn)而漸漸湊近時(shí)，二原子間的力與勢能是怎樣漸漸變化的？2個(gè)原子由相距很遠(yuǎn)而漸漸湊近時(shí)，2個(gè)原子間引力和斥力都開始增大，但第一引力大于斥力，總的作用為引力，f(r)<0，而互相作用勢能u(r)漸漸減小；當(dāng)2個(gè)原子慢慢湊近到均衡距離r0時(shí)，此時(shí)，引力等于斥力，總的作用為零，f(r)=0，而互相作用勢能u(r)抵達(dá)最小值；當(dāng)2個(gè)原子間距離持續(xù)減小時(shí)，因?yàn)槌饬眲≡龃螅藭r(shí)，斥力開始大于引力，總的作用為斥力，f(r)>0，而互相作用勢能u(r)也開始急劇增大。晶體的聯(lián)合能,晶體的內(nèi)能有何差別?自由粒子聯(lián)合成晶體過程中開釋出的能量或許把晶體拆開成一個(gè)個(gè)自由粒子所需要的能量稱為晶體的聯(lián)合能。原子的動(dòng)能與原子間的互相作用勢能之和為晶體的內(nèi)能。0K時(shí)原子還存在零點(diǎn)振動(dòng)能，但零點(diǎn)振動(dòng)能與原子間的互相作用勢能的絕對(duì)值對(duì)比小得多，所以在0K時(shí)原子間的互相作用勢能的絕對(duì)值近似等于晶體的聯(lián)合能。負(fù)電性、親和能、電離能的含義及關(guān)系?！?〕電離能是原子失掉一個(gè)電子所所需要的能量。〔2〕親和能是原子汲取一個(gè)電子降低的能量電離能越大,親和能越大?！?〕電負(fù)性是元素的原子在化合物中吸引電子的能力的標(biāo)度。元素的電負(fù)性越大，表示其原子在化合物中吸引電子的能力越強(qiáng)。關(guān)系：電負(fù)性綜合考慮了電離能和電子親合能，元素電負(fù)性數(shù)值越大，表示其原子在化合物中吸引電子的能力越強(qiáng)。第三章晶格振動(dòng)和晶體的熱容量格波的數(shù)量等于多少？一個(gè)q對(duì)應(yīng)幾個(gè)光學(xué)波，幾支聲學(xué)波？格波的數(shù)量等于原胞內(nèi)原子的自由度=mn(n為原胞內(nèi)原子的數(shù)量，m為晶體的維數(shù))一維時(shí)，一個(gè)q對(duì)應(yīng)于1支聲學(xué)波n—1支光學(xué)波三維時(shí)，一個(gè)q對(duì)應(yīng)于3支聲學(xué)波3n—3支光學(xué)波長光學(xué)支格波與長聲學(xué)支格波實(shí)質(zhì)上有何差別?長光學(xué)支格波的特色是每個(gè)原胞的不一樣原子做相對(duì)振動(dòng)，振動(dòng)頻次較高，它包括了晶格振動(dòng)頻次最高的振動(dòng)模式，長聲學(xué)支格波的特色是原胞內(nèi)的不一樣原子沒有相對(duì)位移，原胞做整體運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)頻次較低，它包括了晶格振動(dòng)頻次最低的振動(dòng)模式，波速是一常數(shù)，任何晶體都存在聲學(xué)支格波，但簡單晶格〔非復(fù)式格子〕晶體都不存在光學(xué)之格波。何謂聲子？聽從何種統(tǒng)計(jì)散布規(guī)律？關(guān)于一給定的晶體，它能否擁有必定種類和必定數(shù)量的聲子？聲子就是晶格振動(dòng)中的簡諧振子的能量量子.它是一種玻色子，聽從玻色－愛因斯坦統(tǒng)計(jì)。關(guān)于一給定的晶體，關(guān)于一給定的晶體，它所對(duì)應(yīng)的聲子種類和數(shù)量不是固定不變的，而是在必定的條件下發(fā)生變化晶格比熱容的愛因斯坦模型和德拜模型采納了什么簡化假定？各獲得了什么成就和限制性？在愛因斯坦模型中，假定晶體中所有的原子都以同樣的頻次振動(dòng)。在德拜模型中，那么以連續(xù)介質(zhì)的彈性波來代表格波以求出的表達(dá)式。愛因斯坦模型獲得的最大成就在于給出了當(dāng)溫度趨近于零時(shí)，比熱容亦趨近于零的結(jié)果，這是經(jīng)典理論所不可以獲得的結(jié)果。其限制性在于模型給出的是比熱容以指數(shù)形式趨近于零，快于實(shí)驗(yàn)給出的以趨近于零的結(jié)果。德拜模型獲得的最大成就在于它給出了在極低溫度下，比熱和溫度成比率，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。其限制性在于模型給出的德拜溫度應(yīng)視為恒定值，合用于所有溫度區(qū)間，但實(shí)質(zhì)上在不一樣溫度下，德拜溫度是不一樣的。5.聲子碰撞時(shí)的準(zhǔn)動(dòng)量守恒為何不一樣于一般粒子碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒？U過程物理圖像是什么？它違反了廣泛的動(dòng)量守恒定律嗎？聲子碰撞時(shí)，前后的總動(dòng)量不必定守恒，而是知足以下的關(guān)系式：hq1+hq2=hq3+hGn此中式中的Gn表示一倒格子矢量。關(guān)于Gn=0的狀況，即有hq1+hq2=hq3在碰撞過程中聲子的動(dòng)量沒有發(fā)生任何改變，這類狀況稱為正規(guī)過程，或N過程，N過程不過改變了動(dòng)量的散布，而不影響熱流的方向，它對(duì)熱阻沒有奉獻(xiàn)的，關(guān)于Gn≠0的狀況，稱為翻轉(zhuǎn)過程或U過程，其物理圖像以以下圖。在圖中，q1+q2是向“右〞的，碰撞后q3是向“左〞的，進(jìn)而損壞了熱流的方向，所以U過程對(duì)熱阻是有奉獻(xiàn)的。U過程沒有違反一般的動(dòng)量守恒定律，因?yàn)槁曌硬皇菍?shí)物量子，所以其知足準(zhǔn)動(dòng)量守恒關(guān)系。第四章能帶理論固體能帶理論作了哪些根本近似？絕熱近似，周期場近似，單電子近似。寫出Bloch電子的波函數(shù)表達(dá)式并說明其物理意義。布洛赫波函數(shù)表達(dá)式(r)eikruk(r)物理意義：在晶格周期性勢場中運(yùn)動(dòng)的電子的波函數(shù)是平面波與周期函數(shù)的乘積，是按晶格周期調(diào)幅的平面波。4、簡述近自由電子近似模型、方法和所獲得的主要結(jié)論。5、簡述緊約束近似模型的思想和主要結(jié)論。緊約束近似方法的思想：電子在一個(gè)原子〔格點(diǎn)〕鄰近時(shí)，主要遇到該原子勢場的作用，而將其余原子〔格點(diǎn)〕勢場的作用看作是微擾，將晶體中電子的波函數(shù)近似當(dāng)作原子軌道波函數(shù)的線性組合，這樣能夠獲得原子能級(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，不一樣的原子能級(jí)對(duì)應(yīng)不一樣的能帶。當(dāng)原子形成固體后，形成了一系列的能帶。能量較低的能級(jí)對(duì)應(yīng)內(nèi)層電子，其軌道較小，原子之間內(nèi)層電子的波函數(shù)互相重疊較少，所以對(duì)應(yīng)的能帶較窄。能量較高的能級(jí)對(duì)應(yīng)外層電子，其軌道較大，原子之間外層電子的波函數(shù)互相重疊許多，所以對(duì)應(yīng)的能帶較寬。能帶的圖示方法有哪幾種，請(qǐng)以一維單原子鏈為例畫出表示圖。展區(qū)圖法，簡潔區(qū)圖法和周期區(qū)圖法三種；電子能帶的三種圖示第五章晶體中電子在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)試述晶體中的電子作準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)的條件和準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)的根本公式。2、什么是電子的有效質(zhì)量？有何物理意義？有效質(zhì)量：有效質(zhì)量其實(shí)是包括了晶體周期勢場作用的電子質(zhì)量。物理意義：把晶體周期性勢場的作用歸納到電子的有效質(zhì)量中去，使得在引入有效質(zhì)量以后，便可把運(yùn)動(dòng)復(fù)雜的晶體電子看作為簡單的自由電子。簡述空穴的觀點(diǎn)及其性質(zhì).當(dāng)滿帶頂鄰近有空狀態(tài)k時(shí)，整個(gè)能帶中的電流以及電流在外電磁場中的變化相當(dāng)于一個(gè)帶正電q，擁有正質(zhì)量Im*I、速度的粒子，這樣一個(gè)設(shè)想的粒子——空穴性質(zhì)：空穴擁有正有效質(zhì)量，位于滿帶頂鄰近，空穴是準(zhǔn)粒子。v(k)解說導(dǎo)帶、滿帶、價(jià)帶和帶隙試述導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體能帶構(gòu)造的根本特色。在導(dǎo)體中，除掉完整充滿的一系列能帶外，還有不過局部地被電子填補(bǔ)的能帶，后者能夠起導(dǎo)電作用，稱為導(dǎo)帶。在半導(dǎo)體中，因?yàn)榇嬖诒囟ǖ碾s質(zhì)，或因?yàn)闊峒ぐl(fā)使導(dǎo)帶中存有少量電子，或滿帶中缺了少量電子，進(jìn)而致使必定的導(dǎo)電性。在絕緣體中，電子恰巧填滿了最低的一系列能帶，再高的各帶所有都是空的，因?yàn)闈M帶不產(chǎn)生電流，所以只管存在好多電子，其實(shí)不導(dǎo)電。依據(jù)能帶理論簡述金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電性；金屬：電子在能帶中的填補(bǔ)能夠形成不滿帶，即導(dǎo)帶，所以它們一般是導(dǎo)體半導(dǎo)體：從能帶構(gòu)造來看與絕緣體的相像，但半導(dǎo)體禁帶寬度較絕緣體的窄，依賴熱激發(fā)即能夠?qū)M帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，因此擁有導(dǎo)電能力。絕緣體：價(jià)電子恰巧填滿了允許的能帶，形成滿帶。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一個(gè)很寬的禁帶，所以在電場的作用下沒有電流產(chǎn)生。簡述導(dǎo)帶中的電子在外場作用下產(chǎn)生電流的原由，以及簡述滿帶中的電子在外場作用下不產(chǎn)生電流的原由。導(dǎo)帶中只有局部狀態(tài)被電子填補(bǔ)，外場的作用會(huì)使布里淵區(qū)的狀態(tài)散布發(fā)生變化。所有的電子狀態(tài)以同樣的速度沿著電場的反方向運(yùn)動(dòng)，但因?yàn)槟軒遣粷M帶，逆電場方向上運(yùn)動(dòng)的電子許多，所以產(chǎn)生電流。有外場E時(shí)，所有的電子狀態(tài)以同樣的速度沿著電場的反方向運(yùn)動(dòng)。在滿帶的情況中，電子的運(yùn)動(dòng)不改變布里淵區(qū)中電子的散布。所以在有外場作用的情況時(shí)，滿帶中的電子不產(chǎn)生宏觀的電流。第六章金屬電子論寫出晶體中電子聽從的費(fèi)米統(tǒng)計(jì)散布函數(shù)，并解說其物理意義。物理意義：熱均衡下時(shí)，能量為E的本征態(tài)被電子占有的幾率EF---費(fèi)米能級(jí)(等于這個(gè)系統(tǒng)中電子的化學(xué)勢)，它是溫度T和晶體自由電子f(E)1總數(shù)N的函數(shù)。EEFekBT1從電子熱容量子理論簡述金屬中的電子對(duì)固體熱容的奉獻(xiàn)。3、簡述金屬接觸電勢差的形成？兩塊不一樣的金屬A和B互相接觸，因?yàn)閮蓧K金屬的費(fèi)米能級(jí)不一樣，當(dāng)互相接觸時(shí)能夠發(fā)生電子互換，電子從費(fèi)米能級(jí)較高的金屬流向費(fèi)米能級(jí)較低的金屬，使一塊金屬的接觸面帶正電〔電子流出的金屬〕，使另一塊金屬的接觸面帶負(fù)電〔電子流入的金屬〕，當(dāng)兩塊金屬抵達(dá)均衡后，擁有同樣的費(fèi)米能級(jí)，電子不再流動(dòng)互換。所以在兩塊金屬中產(chǎn)生了接觸電勢差。第七章半導(dǎo)體電子論1、什么是P型和N型半導(dǎo)體？主要含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，價(jià)帶一些電子被激發(fā)到受主能級(jí)中產(chǎn)生很多空穴〔P型〕自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?！睳型〕1、什么是直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體？導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊處于k空間同樣點(diǎn)的半導(dǎo)體往常被稱為直接帶隙半導(dǎo)體。電子要躍遷的導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴〔形成半滿能帶〕只需要汲取能量。導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊處于k空間不一樣點(diǎn)的半導(dǎo)體往常被稱為間接帶隙半導(dǎo)體。形成半滿能帶不僅需要汲取能量，還要該改動(dòng)量。2、為何半導(dǎo)體混雜能夠提升其導(dǎo)電能力？理想的半導(dǎo)體資料是沒出缺點(diǎn)或沒有雜質(zhì)，半導(dǎo)體中的載流子只好是激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴。對(duì)純的半導(dǎo)體資料摻入適合的雜質(zhì)，也能供給載流子。所以實(shí)質(zhì)的半導(dǎo)體中除了與能帶對(duì)應(yīng)的電子共有化狀態(tài)之外，還