固體物理電子教案12晶體結(jié)構(gòu)課件

第二節(jié)晶體結(jié)構(gòu)本節(jié)主要內(nèi)容:1.2.1晶體結(jié)構(gòu)的周期性1.2.2原胞1.2.3密堆積、配位數(shù)和致密度(b)(c)(a)(a)、(b)、(c)為二維晶體結(jié)構(gòu)示意圖，它們有何異同?§1.2晶體結(jié)構(gòu)1.2.1晶體結(jié)構(gòu)的周期性所有晶體的結(jié)構(gòu)可以用晶格來描述，這種晶格的每個格點上附有一群原子，這樣的一個原子群稱為基元，基元在空間周期性重復排列就形成晶體結(jié)構(gòu)。一個理想的晶體是由完全相同的結(jié)構(gòu)單元在空間周期性重復排列而成的。(b)(c)(a)(2)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子在空間有規(guī)則地做周期性無限分布，通過這些點做三組不共面的平行直線族，形成一些網(wǎng)格，稱為晶格(或者說這些點在空間周期性排列形成的骨架稱為晶格)。(b)(c)(a)晶格是晶體結(jié)構(gòu)周期性的數(shù)學抽象，它忽略了晶體結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容，保留了晶體結(jié)構(gòu)的周期性。用矢量表示格點的排列。(3)格點晶格中的點子代表著晶體結(jié)構(gòu)中相同的位置，稱為格點。

一個格點代表一個基元，它可以代表基元重心的位置，也可以代表基元中任意的點子。晶格+基元=晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)簡單晶格復式晶格在晶格中取一個格點為頂點，以三個不共面的方向上的周期為邊長形成的平行六面體作為重復單元，這個平行六面體沿三個不同的方向進行周期性平移，就可以充滿整個晶格，形成晶體，這個平行六面體即為原胞，代表原胞三個邊的矢量稱為原胞的基本平移矢量，簡稱基矢。1.2.2原胞在晶格中取一個格點為頂點，以三個不共面的方向上的周期為邊長形成的平行六面體作為重復單元，這個平行六面體沿三個不同的方向進行周期性平移，就可以充滿整個晶格，形成晶體，這個平行六面體即為原胞，代表原胞三個邊的矢量稱為原胞的基本平移矢量，簡稱基矢。

特點：格點只在平行六面體的頂角上，面上和內(nèi)部均無格點，平均每個固體物理學原胞包含1個格點。它反映了晶體結(jié)構(gòu)的周期性。構(gòu)造：取一格點為頂點，由此點向近鄰的三個格點作三個不共面的矢量，以此三個矢量為邊作平行六面體即為固體物理學原胞。(1)固體物理學原胞(簡稱原胞)1.原胞的分類基矢：固體物理學原胞基矢通常用表示。體積為：基矢：結(jié)晶學原胞的基矢一般用表示。特點：結(jié)晶學原胞不僅在平行六面體頂角上有格點，面上及內(nèi)部亦可有格點。其體積是固體物理學原胞體積的整數(shù)倍。體積為：(3)維格納--塞茨原胞構(gòu)造：以一個格點為原點，作原點與其它格點連接的中垂面(或中垂線)，由這些中垂面(或中垂線)所圍成的最小體積(或面積)即為W--S原胞。特點：它是晶體體積的最小重復單元，每個原胞只包含1個格點。其體積與固體物理學原胞體積相同。ab(1)一維原子鏈a2.幾種晶格的實例一維單原子鏈一維雙原子鏈(2)二維(a)(b)固體物理學原胞維格納--塞茨單胞平均每個布拉維原胞包含4個格點。(b)面心立方固體物理學原胞的體積(c)體心立方平均每個布拉維原胞包含2個格點。固體物理學原胞的體積復式格(a)金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)屬面心立方，每個結(jié)晶學原胞包含4個格點。金剛石結(jié)構(gòu)是由兩個面心立方子晶格沿體對角線位移1/4的長度套構(gòu)而成,其布拉維晶格為面心立方。ccCl-和Na+分別組成面心立方子晶格。其布拉維晶格為面心立方。氯化鈉結(jié)構(gòu)屬面心立方。每個固體物理學原胞包含1個格點，每個結(jié)晶學原胞包含4個格點。氯化鈉的固體物理學原胞選取方法與面心立方簡單格子的選取方法相同?；梢粋€Cl-和一個Na+組成。(000)Cl-的坐標為，Na+的坐標為。(c)氯化銫結(jié)構(gòu)氯化銫結(jié)構(gòu)是由兩個簡立方子晶格沿體對角線位移1/2的長度套構(gòu)而成。Cl-和Cs+分別組成簡立方格子，其布拉維晶格為簡立方，氯化銫結(jié)構(gòu)屬簡立方。

每個固體物理學原胞包含1個格點，每個結(jié)晶學原胞包含1個格點?；梢粋€Cl-和一個Cs+組成。(000)Cl-的坐標為，Cs+的坐標為。(d)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)常寫成ABO3的形式。OTi鋇、鈦和3個氧各組成簡立方子晶格，鈦酸鋇是由5個簡立方子晶格套構(gòu)而成的。一個晶胞包含1個鋇原子、1個鈦原子和3個氧原子。鈣鈦礦的氧八面體結(jié)構(gòu)2.密堆積如果晶體由完全相同的一種粒子組成，而粒子被看作小圓球，則這些全同的小圓球最緊密的堆積稱為密堆積。第一層：每個球與6個球相切，有6個空隙，如編號1,2,3,4,5,6。第二層：占據(jù)1,3,5空位中心。第三層：在第一層球的正上方形成ABABAB······排列方式。(1)六角密積AB六角密積是復式格，其布拉維晶格是簡單六角晶格?；蓛蓚€原子組成，一個位于(000)，另一個原子位于，(2)立方密積第一層：每個球與6個球相切，有6個空隙，如編號為1,2,3,4,5,6。第二層：占據(jù)1，3，5空位中心。第三層：占據(jù)2，4，6空位中心，按ABCABCABC······方式排列，形成面心立方結(jié)構(gòu)，稱為立方密積。BAC為氯化鈉型結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為6。3.致密度：如果把等體積的硬球放置在晶體結(jié)構(gòu)中原子所在的位置上，球的體積取得盡可能大，以使最近鄰的球相切，我們把一個晶胞中被硬球占據(jù)的體積和晶胞體積之比稱為致密度(堆積比率或最大空間利用率)。單胞體積單胞中原子所占體積設(shè)晶格常量為a，原子半徑為R，則例1：求面心立方的致密度.N是單胞中原子個數(shù)內(nèi)部原子數(shù)面上原子數(shù)棱上原子數(shù)頂角上原子數(shù)典型的晶體結(jié)構(gòu)(Cu)4(000)(W)2(000)CsClCs+

1Cl-1(000)1288

結(jié)構(gòu)型單胞中的