固体物理复习
第1章晶体结构和晶体衍射
一、晶格结构的周期性与对称性：
1.原胞（初基晶胞）、惯用晶胞的定义：原胞：晶格具有三维周期性，三维晶格中体积最小的重复单元称为固体物理学原胞，简称原胞。
惯用晶胞：为了反映晶体的周期性和对称性，所取的重复单元不一定是最小的。结点不仅可以在顶角上，还可以在体心或面心上，这种最小重复单元称为惯用晶胞（也叫作布拉维晶胞）2.晶向与晶面指数的定义
晶向：布拉维格子上任何两格点连一直线称为晶列，晶列的取向称为晶向。晶向指数：R=l1a1+l2a2+l3a3，将l1，l2，l3化为互质整数，用l1，l2，l3表示晶列的方向，这三个互质整数称为晶向指数。
晶面指数：晶面族在基矢上的截距系数的倒数，化成与之具有相同比率的三个互质的整数h，k，l。
二、什么是布拉维点阵(格子)？为什么说布拉维点阵是晶体结构的数学抽象？描述点阵与晶体结构的区别？1.如果晶体由一种原子组成，且基元中只包含一个原子，则相应的网格就称为布拉维格子。如果晶体虽由一种原子组成，但若基元中包含两个原子，或晶体由多种原子组成，则每一种原子都可以构成一个布拉维格子。
2.布拉维格子是一个无限延伸的点阵，它忽略了实际晶体中表面、结构缺陷的存在，以及T≠0时原子瞬时位置相对于平衡位置小的偏离。但它反映了晶体结构中原子周期性的规则排列。即平移任意格矢R n，晶体保持不变的特性，是实际晶体的一个理想抽象。
3.晶体结构＝点阵＋基元
三、典型的晶体结构、对应的布拉菲点阵及其最小基元是什么？
晶体结构：
1.氯化钠（NaCl）结构
该结构的布拉维点阵是fcc，初基基元为一个Na+离子和一个Cl-离子。
2.氯化铯(CsCl)结构
该结构的布拉维点阵是sc（简单立方），初基基元为一个Na+离子和一个Cl-离子。
3.六角密堆积(hcp)结构
该结构的布拉维晶格点阵是简单六角，初基基元包含两个原子，原子位置：(0 0 0)，(2/3，1/3，1/2)。4.金刚石结构
金刚石型结构的晶格类型属于fcc晶格点阵（该结构可以看作是两个fcc晶格格点上放上同种原子沿立方体的体对角线错开1/4对角线长而得到。）初基基元有两个全同原子，座标为(0 0 0)和(1/4,1/4,1/4)。
5.立方硫化锌（ZnS）结构（闪锌矿结构）――
立方硫化锌结构的晶格类型属于fcc晶格点阵，初基基元有两个不同原子，座标为S (000)，Zn(1/4,1/4,1/4)。
四、填充率（致密度）的计算
N=晶体中原子的体积之和/晶胞体积。
（预计会考计算，书上p10页有例题）五、倒易点阵（倒格子）与正格子的关系，布里渊区的定义，立方晶格的倒易点阵类型及其惯用晶胞边长特点
1.倒格子与正格子间的关系
①正格子原胞体积Ω与倒格子原胞体积Ω*之积为（2π）3
②正格子中一簇晶面（h1
，h2，h3）和
123
h h h
K
正交
这里(h1h2h3)是互质的整数。
③倒格子矢量的长度与晶面族(h1h2h3)面间距成反比
④晶面族(h1h2h3)中离原点最近的晶
面到原点的距离为
2.第一布里渊区——倒格子空间中的维格纳-赛茨(WS)原胞。
3.立方晶格的倒易点阵类型及其惯用晶胞边长特点：
①简单立方倒易点阵：简单立方，边长：2π/a（a为原晶胞边长）。
②面心立方倒易点阵：体心立方，边长：4π/a
③体心立方倒易点阵：面心立方，边长：4π/a
六、布喇格方程，立方晶体结构的消光规律
1.布喇格方程：
2dh1h2h3sinθ=nλ（n取整数）
2.消光规律：
当满足劳方程时，则各原胞的散射光在S方向是相干加强的，但如果同时基元的几何结构因子F(G h) = 0，表示各个原胞沿该方向散射光强为零。零光强波的叠加当然还是零。各个原胞散射光强为零的原因是：原胞（或基元）中的原子排列正好使原胞中各个原子来的散射波完全互相抵消。
第2章晶体的结合
一、晶体的结合类型及基本特点
1.典型的晶体结合类型
共价结合、离子结合、金属结合、分子结合和氢键结合
2.特点
共价键具有饱和性和方向性；
离子键无方向性和饱和性；
金属键无方向性和饱和性；
分子结合力是一种次价键，无方向性和饱和性；
氢键属于次价键，有方向性和饱和性。
二、为什么晶体结合除了需要吸引力外，还需要排斥力？排斥力的来源是什么？短程排斥能的经验形式通常有哪两种？
1.在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体的过程中，吸引力起着主导作用。但若只有吸引力而无排斥力，晶体不会形成稳定结构。实际晶体中各个原子之间总是同时存在吸引力f吸引和排斥力f 排斥。
2.在吸引力的作用下，原子间的距离缩小到一定程度，原子间才出现排斥力。排斥力由原子核与原子核和电子与电子之间的排斥产生。
3.指数形式：
负幂次方的形式：B/R n
三、什么是电离能？什么是电子亲和能？原子电负性（或负电性)是怎样定义的？
1.电离能
使基态的原子失去最外层的一个电子所需要的能量。
2.电子亲和能
一个基态原子获得一个电子成为负离子时所释放出的能量。
3.原子的电负性= 0.18（电离能+ 电子亲和能）
四、什么是晶体的内聚能（或结合能）？平衡点阵常数（平衡最近邻距离）是怎样确定的？它与内聚能有什么关系？
1.内聚能
以自由原子的能量为参考点（即零点），原子组成晶体后系统能量的降低称为内聚能。
2. 雷纳德-琼斯势
由du(r)/dr=0，得到r的值。即原子平衡间距。
3.平衡态下系统的能量最低，即达到极值，则有dutot/dR=0，utot为晶体的内聚能。
五、离子晶体内能，马德隆能与马德隆常数；分子晶体内能Lenard——Jeans势
1.离子晶体内能
所有离子相互吸引库仑能和重叠排斥能之和。
2.马德隆能
（所有静电作用能的总和）,在离子晶
体中90%的能量是马德隆能，而只有
10%左右的能量由泡利排斥能引起。
3.分子晶体内能：分子晶体中所有分
子内势能和动能的总和。
引入马德隆常数：α≡∑’（〒1/p1j）
一对惰性元素分子间的相互作用势能
为
其中得：
此即为雷纳德-琼斯势
第3章晶格振动与
晶体的热学性质
一、什么是简谐近似？
简谐近似
晶格振动时，将两个原子的相互作用
势能u(a+δ)在平衡位置附近用泰勒
级数展开（式子如下），将展开式只
取到二阶项。
二、一维单原子链的的晶格振动色散
关系、一维双原子链的晶格振动色散
关系图示、长波近似下晶格振动特征
1.单原子链色散关系:
2.双原子链声学支色散关系
3.双原子链光学支色散关系
一维单原子链晶格振动特征
由于长波近似下，格波的波长远大于
原子间距，晶格就像一个连续介质。
一维双原子链长波近似下的晶格振动
特征(如下图所示):
长声学波,相邻原子的振动方向相同.
长光学波, 相邻原子的振动方向相反,
原胞质心保持不动.
三、三维晶格点阵的简正模式数的计
算
晶格振动的波矢数=晶体的原胞数
晶体中格波的支数=原胞内的自由度
数
晶格振动的模式数（格波数）=晶体的
自由度数（m维时每个原子含有m个
自由度）
四、什么是声子？声子与光子有什么
相同之处和不同之处？
1.声子是晶格振动的能量量子。
晶格的振动能量是量子化的，能量的
增减是以为计量的。人们为了便
于问题的分析，赋予一个假想的
携带者——声子，即声子是晶格振动
能量的量子。
2.相同点：声子和光子一样，是玻色
子，它不受泡利不相容原理的限制，
粒子数也不守恒，服从玻色-爱因斯坦
统计。
一维单原子
链色散关系
曲线
一维双原子链
色散关系曲线
不同点：光子是一种真实粒子，它可以在真空中存在；声子是人们为了更好地理解和处理晶格集体振动而设想出来的一种粒子，它不能游离于固体之外，更不能跑到真空中，离开了晶格振动系统，也就无所谓声子。其次，光子带有动量，声子不带动量。所以声子是种准粒子。（注：准粒子有声子、极化子、空穴）
五、固体热容的德拜模型与爱因斯坦模型的基本假设是什么？
1.德拜模型
电子振动的频率近似连续，将布喇菲晶格（单原子点阵晶格）看作是各向同性的连续介质，假定纵横格波波速相等。
2.爱因斯坦模型
假定晶格中各原子振动都是独立的，
这样所有原子振动都有同一频率。并将原子振动频率设为常数，并称为爱因斯坦频率。
六、晶格比热理论中德拜（Debye）近似在低温下与实验符合很好，物理原因是什么？
实际情况下，温度很低时，被激发的原子是从能量低的先激发，能量高的后激发，而德拜模型的理论出发点就是将原子的振动频率近似连续化考虑，符合实际情况，主要只有长声学支被激发（长声学支频率最低）。
七、能用简单的物理模型来解释或推导低温下点阵热容所遵循的T3定律。（见课件第三章习题例4）第4章晶体缺陷与缺陷运动一、晶体缺陷的基本类型
晶体缺陷可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。
二、色心，F色心
能吸收光的点缺陷称为色心。典型的色心是F心，它是离子晶体中负离子空位束缚一个电子的组合。
三、位错线的基本类型及其有何特点位错概念的引入是为了解释实测的晶体临界切应力值与理论计算值相差千倍以上的问题；
1.位错的基本类型有刃型位错和螺(旋)位错两种。
2.特点
位错线垂直于滑移方向的位错，称为刃位错。位错线平行于滑移方向的位错，称为螺旋位错。
3.实际晶体与理想晶体的这一差值应归因于实际晶体的非完整性，即应归因于晶体的缺陷——位错的存在。
分析结果认为，晶体滑移过程实际上是位错线的滑移过程，即晶体内的位错缺陷滑移是使临界切应力大为减小的主要原因。
四、滑移的机理
滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的，即实际晶体的逐步滑移。
五、从能量角度说明滑移方向必定是密排方向
原子密排面上，原子间距最小，原子间的结合力最强，但面与面间的距离最大，因而结合也最弱，故密排面最易成为滑移面。与此同理，可以解释沿原子排列最密的晶向滑移阻力最小，容易成为滑移方向。
六、晶体生长与螺位错之间的关系
螺位错的存在可以提高晶体的生长速度，因为它不存在生长完一层后才能生长新的一层的困难。
七、晶体中扩散的宏观规律及其微观机理；自扩散系数的理论值比实验值小很多的主要原因是什么？
1.宏观规律
如果固体中扩散粒子（如晶体中的空位、杂质原子）的浓度梯度不为零，在无其他势场作用以及在一定温度条件下，扩散粒子可形成由高浓度区向低浓度区的扩散流。（即满足菲克定律）
2.微观机理
扩散的微观基础是间隙原子或空位的无规则布朗运动。
3.主要原因
因为以上模型都过于理想化，实际晶体中的缺陷，不止是点缺陷，还有线缺陷和面缺陷。对于金属多晶体，还存在大量的晶粒间界，晶粒间界是一个复杂的面缺陷，它的存在对粒子的扩散十分有利。
第5章金属电子论
一、特鲁德模型的基本假设是什么？
1.完全忽略电子与电子、电子与离子实之间的相互作用。无外场时，传导电子作匀速直线运动；有外场时，传导电子的运动服从牛顿运动定律。
2.传导电子在金属中运动时，与原子实发生碰撞，是一个使电子改变速度的瞬时事件；并且忽略电子与电子之间的碰撞（不同于理想气体）。
3.单位时间内传导电子与原子实发生碰撞的概率是1/τ，τ称为平均自由时间。而且假设：τ与电子位置和速度无关。
4.电子气系统和周围环境达到热平衡仅仅是通过碰撞实现的，碰撞前后电子的速度毫无关联，且方向是随机的，其速度是和碰撞发生处的温度相对应的。
二、索末菲自由电子模型与特鲁德模型的主要区别是什么？
索末菲在自由电子模型基础上，提出电子在离子产生的平均势场中运动，电子气体服从费密—狄拉克分布和泡利不相容原理,电子在运动中存在一定的散射机制.
三、什么是固体系统的基态？什么是费米面？
1.一般所谓基态是指N个电子的系统在绝对零度时的状态。
2.费米面
费米球的表面作为占据态和未占据态的分界面称为费米面。
四、什么是费米-狄拉克统计分布？
五、为什么只有费米面附近的电子才对热容、电导和热导有贡献？
由于金属的费米能EF0>> kBT，当T> 0时，低能轨道电子已填满，电子只能跃迁填充在费米能级附近，因此，只有在费米面附近的一小部分电子被激发而跃迁到高能态，而比费米能低几个kBT的电子仍保持原来的状态，是这一小部分电子，对金属比热容有贡献。
六、能推导出绝对零度下二维和三维情况下电子的能级状态密度和费米能1.二维情况下
(
)0
2
2
2222
22
2
20
220
242,22()()()()()()F
E T F
F
N a S k N k mE E k m SmE
E k k
d E Sm
D E dE N f E D E dE
SmE D E dE SN n E Sm m
ρππρππ
π
π
π→→∞
=??== ?Ω??==
Z =?=Z ===?=
=
==
??
（）= ??????? 2.三维情况下（具体过程见PPT ）
七、什么是马西森定则？ 实验发现，金属总的电阻率可以写成以下与温度的关系：
——这种经验性结论称为马西森定则 八、在很低温度下，晶体的总热容可表达成什么形式？由实验怎样将晶格和电子对热容的贡献分开来？
1.在很低温度下，电子热容量与晶格热容量同数量级，这时，电子热容量就不可忽略。 由第三章可知，低温下C L ∝T 3 总的热容为：
2.由实验可具体将低温下晶格和电子对热容得贡献分开来： 由实验作出C v /T~T 2 的关系曲线，求直线的斜率b 和纵轴上的截距γ
九、什么是维德曼-弗兰兹定律？ 金属热导率与电导率之比正比于温度T ，其中比例常数的值不依赖于具体的
金属：
十、什么是霍尔效应？通过霍尔系数
的测定可获得什么信息？为什么半导
体的霍尔效应要比金属显著？ 1.霍尔效应
将一通电的导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向垂直，那么，在与电
流方向垂直的另一方向上会产生电位差，这种现象称为霍尔效应。 2.通过测量霍尔系数，可以估算载流子的浓度n 或确定载流子种类。
3.由公式：知，载流子浓度越低，霍尔系数就越大，霍尔效应就越明显。半导体中的载流子浓度比金属低，所以霍尔效应不如半导体明显。 十一、什么是功函数（逸出功）和接触电势差？ 1.功函数
书本定义：金属中的电子逸出金属所需外界提供的能量称为功函数。
老师定义：势井能量与费米能级之差值为功函数。
2.两块不同的金属I 和II 相接触，或用导线连起来，两块金属就会带有电荷并产生不同的电势VI 和VII ，VI-VII 称为接触电势差。
第6章 能带理论
一、能带理论的基本出发点是什么？ 1.固体中的电子不是完全被束缚在某个原子周围，而是可以在整个固体中运动，称为共有化电子。
2.电子在运动过程中并不像自由电子
那样完全不受任何力的作用，电子在运动过程中受到晶格中原子周期势场的作用。
二、能带理论的三个基本假设（近似）是什么？
1.波恩-奥本海默绝热近似
2.哈特里-福克平均场近似
3.周期势场近似
三、布洛赫定理的描述
在周期场中运动的单电子的波函数
不再是平面波，而是调幅平面波，其振幅不再是常数。而是按晶体的周期而周期变化，即： 四、什么是导带和价带？ 1.导带 一个能带中所有的状态并没有都被电子占满即不满带，或者说最下面的一个空带。 2.价带 导带下面的第一个满带，或最上面的一个满带。
五、为什么满带电子不导电，而未满带电子导电？ 1.在第一布里渊区内，满带能级中的电子在外电场作用下发生定向运动（即图中Band1），由于波矢近似连续，在第一布里渊区内没有产生电荷不对称分布，因此不导电 2.不满能带在无外场作用时，电荷对称分布，不产生电流；有外电场作用下，所有的电子状态以相同的速度沿着电场的反方向运动，导致电荷分布不均匀，产生电流。
六、金属、半导体和绝缘体的能带结构基本特点
1.半导体和绝缘体
①电子刚好填满最低的一系列能带，形成满带，导带中没有电子 ②半导体带隙宽度较小~ 1 eV ③绝缘体带隙宽度较宽~ 10 eV 2.金属
①电子除了填满一系列的能带形成满带，还部分填充了其它能带形成导带 ②电子填充的最高能级为费密能级，位于一个或几个能带范围内
③在不同能带中形成一个占有电子与不占有电子区域的分解面，这些面的集合称为费密面。
七、导体、半导体和绝缘体的能带论
解释
1.导体 在一系列能带中除了电子填充满的能带以外，还有部分被电子填充的能带（不满带），后者起着导电作用（起导电作用的不满带称为导带）
2.绝缘体 原子中的电子是满壳层分布的，价电子刚好填满了许可的能带，形成满带，满带和空带之间之间存在一个很宽的禁带，在一般情况下，空带中没有电
子。
3.半导体
能带结构与绝缘体类似，但是禁带宽度比较小（3eV 以下）。满带中的部分电子会被热激发到空带。电子和近满带中留下的空状态都参与导电。 八、什么叫空穴？
描述近满带的导电性而引入的假想粒子。即当满带顶附近有空状态k 时，整个能带中的电流以及电流在外电磁场中的变化相当于一个带正电q ，具有正质量∣me*∣、速度v(k)的粒子。它并不是一种真实的粒子，而是近满带
中电子集体运动的一种等价描述，所以它是一种准粒子。
基于彭教授【复习内容.ppt】制作
底稿：徐茂杰
技术支持：（按姓氏笔画）
龙胜吴正涛吴林和吴其钊
张宇清蒙武标魏志鹏
责任编辑：卢成浩
场地提供：勤业四-506
制作日期：2010-1-15
特别鸣谢：涛哥的馒头
Copyright2010
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固体物理_复习重点
晶体：是由离子，原子或分子（统称为粒子）有规律的排列而成的，具有周期性和对称性 非晶体：有序度仅限于几个原子，不具有长程有序性和对称性 点阵：格点的总体称为点阵 晶格：晶体中微粒重心，周期性的排列所组成的骨架，称为晶格 格点：微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点） 晶体的周期性和对称性：晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质称为晶体结构的周期性。晶体的对称性指晶体经过某些对称操作后，仍能恢复原状的特性。（有轴对称，面对称，体心对称即点对称） 密勒指数：某一晶面分别在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比称为此晶面的密勒指数 配位数：可用一个微粒周围最近邻的微粒数来表示晶体中粒子排列的紧密程度，称为配位数 致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞总体积之比称为点阵内原子的致密度 固体物理学元胞：选取体积最小的晶胞，称为元胞：格点只在顶角，内部和面上都不包含其他格点，整个元胞只含有一个格点：元胞的三边的平移矢量称为基本平移矢量（或者基矢）；突出反映晶体结构的周期性 晶胞:体积通常较固体物理学元胞大；格点不仅在顶角上，同时可以在体心或面心上；晶胞的棱也称为晶轴，其边长称为晶格常数,点阵常数或晶胞常数；突出反映晶体的周期性和对称性。 布拉菲格子：晶体由完全相同的原子组成，原子与晶格的格点相重合而且每个格点周围的情况都一样 复式格子：晶体由两种或者两种以上的原子构成，而且每种原子都各自构成一种相同的布拉菲格子，这些布拉菲格子相互错开一段距离，相互套购而形成的格子称为复式格子，复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套购而成的 声子：晶格简谐振动的能量化，以hv l来增减其能量，hv l就称为晶格振动能量的量子叫声子 非简谐效应：在晶格振动势能中考虑了δ2以上δ高次项的影响，此时势能曲线能是非对称的，因此原子振动时会产生热膨胀与热传导 点缺陷的分类：晶体点缺陷：①本征热缺陷：弗伦克尔缺陷，肖脱基缺陷②杂质缺陷：置换型，填隙型③色心④极化子 布里渊区：在空间中倒格矢的中垂线把空间分成许多不同的区域，在同一区域中能量是连续的，在区域的边界上能量是不连续的，把这样的区域称为布里渊区 固体物理复习要点 第一章 1、晶体有哪些宏观特性？ 答：自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 2、什么是空间点阵？ 答：晶体可以看成由相同的格点在三维空间作周期性无限分布所构成的系统，这些格点的总和称为点阵。 3、什么是简单晶格和复式晶格？ 答：简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。 复式晶格：如果晶体的基元由两个或两个以上原子组成，相应原子分别构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。 4、试述固体物理学原胞和结晶学原胞的相似点和区别。 答：(1)固体物理学原胞(简称原胞) 构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学原胞。
学习固体物理的目的和难点
JISHOU UNIVERSITY 《固体物理》期末 考核报告 摘要：本课以本科理论物理的“四大力学”为基础。又是学习凝聚态物理学和材料科学的基础，它是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程。通过本课的学习，一方面是对以前所学基础理论知识的复习和应用，另一方面也为今后了解、掌握现代高新技术和从事科学研究打下基础。 关键字：力学、基础、课程-现代高新科技、应用 一、引言 固体物理就是研讨固体（主要是晶体）材料物理特性的一门科学。它是从固体中的原子和电子状态的根本特点出发来讨论固体的物理性质，所以是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程，它也讨论非晶体材料的性质，是学习金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学等的基础、先行课程。 虽然固体物理主要是讨论固体材料的问题，但是实际上对于讨论液体、气体材料也有参考价值，同时还体现了应用基础课的特点，既要讲有关的理论体系，又要讲和实验、生产的密切关系．特别要突出科学的研究方法。对于物理类和电
子科学类的专业，固体物理是必修课。所以。对于了解学习固体物理的目的和难点是非常有必要的。 二、学习固体物理的目的 2.1 固体物理学的发展 固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。其经济影响和社会影响是革命性的。这种影响甚至在日常生活中也处处可见。新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。其发展趋势是：由体内性质转向研究表面有关的性质；由三维体系转到低维体系；由晶态物质转到非晶态物质；由平衡态特性转到研究瞬态和亚稳态、临界现象和相变；由完整晶体转到研究晶体中的杂质、缺陷和各种微结构；由普通晶体转到研究超点阵的材料。这些基础研究又将促进新技术的发展，给人们带来实际利益。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。 2.2 学习固体物理的要求 固体物理是很抽象的，在于他研究的对象已经不是一般的某个体系，而是涉及组成物体的原子分子之间的结构能量问题，有些类似于原子物理，但又不一样。想要学好固体物理完全没有必要纠结于难记的公式和复杂的推导，关键是理解固体物理中引进的其它物理分支中没有的概念和研究方法，举个例子，一开始介绍倒格矢，概念很抽象，但是它的目的是研究晶格，晶体性质的，那么就需要站在晶体结构的角度理解它；研究满带，空带，就需要联系分子之间能量来理解它。要区分微观和宏观研究方法的不同，不要带着以往学物理的方法来学习固体物理。 对于大学生所学的固体物理，其中的内容都是比较浅显易懂，我们所要做的就是在课堂所学的基础上，去为将要学习更深的内容做好准备。利用大学所学的基础知识，对固体物理的一些基础的知识的了解，去更好的用到生活中去。这样才能做到真正的学以致用。
固体物理复习整理
固体物理复习整理 第12章 1．什么是布拉菲格子？ 2．布拉菲格子与晶体结构之间的关系. 3．什么是复式格子？复式格子是怎么构成的？ 4．原胞和晶胞是怎样选取的？它们各自有什么特点？ 5．如何在复式格子中找到布拉菲格子？复式格子是如何选取原胞和晶胞的？ 6．金刚石结构是怎样构成的？ 7．氯化钠、氯化铯的布拉菲格子是什么结构? 8．密堆积有几种密积结构?它们是布拉菲格子还是复式格子? 9．8种独立的基本对称操作是什么? 10．7大晶系是什么? 11．怎样确定晶列指数和晶面指数？ 12．晶面指数与晶面在三坐标轴上的截距之间的关系？ 13．通过原点的晶面如何求出其晶面指数？ 14．倒格子的定义？正倒格子之间的关系？ 内容 ?正空间：晶体的结构以及特点 ?正空间：晶体的结构参数的确定→晶向指数和晶面指数 ?从正空间到倒空间→倒格子和布里渊区 晶体所呈现的物理性质来源其特殊的空间结构，所以对其空间结构的了解以及描述很有必要；而对于涉及到波函数，比如格波→晶格振动（13章）和电子波→能带论（14章）的讨论都是在倒空间中完成的，所以本章还涉及到正空间和倒空间的相互转换，以及布里渊区概念的提出和构建。 概念 ?格点和基元 ?布拉菲格子（简单格子）和复式格子 ?原胞和晶胞 ?七大晶系和十四种布拉菲格子 ?立方晶系的三种布拉菲格子：简单立方、面心立方、体心立方的结构特点——晶 胞（立方晶系）和原胞基矢的建立 ?立方晶系的几种复式格子：氯化钠结构、氯化铯结构、金刚石结构和闪锌矿结构 ——结构特点和代表物质 ?最密堆积的两种基本方式：ABAB→六方密堆积（六方晶系的复式格子）和
ABCABC→立方密堆积（立方晶系的布拉菲格子：面心立方） ?晶体的八种独立的宏观对称要素：C1、C2、C3、C4、C6、σ、i、S4 ?32点群和230空间群 ?倒格矢和晶面以及晶面间距之间的关系？ ?倒格矢和正格矢之间的关系？ ?布里渊区物理性质的重复？ 方法 ?一维、二维和三维晶体的原胞和晶胞的选取，以及其基矢的建立，格矢的确定？（包括 简单格子和复式格子） ?晶向指数和晶面指数的确定？（从图到指数，依据指数画图） ?正格子到倒格子的转换——原胞基矢的互换：一维、二维和三维（立方晶系的正倒格子 关系）？ ?求正格子和倒格子的体积Ω和Ω*？ ?布里渊区的几何画法？布里渊区边界方程应用？ 第13章 1．一维单原子晶格的色散关系？色散关系周期性的物理意义？ 2．一维双原子晶格的色散关系? 3．同一原胞内两种原子有什么振动特点？ 4．晶格振动的波矢数、格波支数及格波数是如何确定的？ 5．声子这个概念是怎样引出的？它是怎样描述晶格振动的？ 内容 ?对晶格振动形态的描述：从运动方程到色散关系；（简单的一维无限长模型） ?周期边界条件以及对格波状态的讨论（多维有限长模型——原胞数有限） ?格波的能量——声子的引出 ?晶格比热——声子能量的进一步讨论 概念 1、一维单原子和一维双原子的色散关系？ 2、声学波和光学波的运动特点？ 3、波恩卡门条件：格波支数、每支格波格波数、总格波数（n维有限——简单或者复 式格子） 4、声子的基本概念——格波能量量子化——公式？ 5、了解，晶格比热的历史沿革——经典下的矛盾，爱因斯坦和德拜模型的成功与不足？方法 1、运动方程→试探解→色散方程？ 2、利用周期边界条件求格波波矢（状态）？
固体物理考试
1、解理面：矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性质称为解理，这些平面称为解理面。 性质：解理面一般光滑平整，一般平行于面间距最大，面网密度最大的晶面，因为面间距大，面间的引力小，这样就造成解理面一般的晶面指数较低，如Si的解理面为（111）。 晶体中原子的排列是长程有序的，这种现象称为晶体内部结构的周期性。晶体内部结构的周期性可以用晶格来形象地描绘。晶格是由无数个相同单元周期性地重复排列组成的。 2、晶格场中电子运动状态：在周期性势场中，属于某个原子的电子既可以在该原子附近运动，也可以在其它的原子附近运动，即可以在整个晶体中运动。即局域化运动、共有化运动。晶体中（也就是周期性势场中）的电子的运动是既有局域化的特征又有共有化特征。 3、固体热容组成：固体的热容是原子振动在宏观性质上的一个最直接的表现。 杜隆·伯替定律------在室温和更高的温度，几乎全部单原子固体的热容接近3NkB。在低温热容与T3成正比。 （晶格热振动）晶格热容 固体的热容 （电子的热运动）电子热容 每一个简谐振动的平均能量是kBT ，若固体中有N个原子，则有3N个简谐振动模， 总的平均能量: E=3NkBT 热容: Cv = 3NkB 热容的本质： 反映晶体受热后激发出的晶格波与温度的关系； 对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能量也不同； 温度升高，原子振动的振幅增大，该频率的声子数目也随着增大； 温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。 影响热容的因素： 1. 温度对热容的影响 高于德拜温度时，热容趋于常数，低于德拜温度时，与(T / D)3成正比。 2. 键强、弹性模量、熔点的影响 德拜温度约为熔点的0.2—0.5倍。 3. 无机材料的热容对材料的结构不敏感 混合物与同组成单一化合物的热容基本相同。 4. 相变时，由于热量不连续变化，热容出现突变。 5. 高温下，化合物的摩尔热容等于构成该化合物的各元素原子热容的总和(c= niCi) ni :化合物中i元素原子数； Ci:i元素的摩尔热容。 计算大多数氧化物和硅酸盐化合物在573以上热容有较好的结果。 6. 多相复合材料的热容：c= gici gi ：材料中第i种组成的重量%； Ci：材料中第i组成的比热容。
固体物理学整理要点
固体物理复习要点 第一章 1、晶体有哪些宏观特性？ 答：自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点 这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映 2、什么是空间点阵？ 答：晶体可以看成由相同的格点在三维空间作周期性无限分布所构成的系统，这些格点的总和称为点阵。 3、什么是简单晶格和复式晶格？ 答：简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。 复式晶格：如果晶体的基元由两个或两个以上原子组成，相应原子分别构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。 4、试述固体物理学原胞和结晶学原胞的相似点和区别。 答：(1)固体物理学原胞(简称原胞) 构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学原胞。 特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。它反映了晶体结构的周期性。 (2)结晶学原胞（简称晶胞） 构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 特点：结晶学原胞不仅在平行六面体顶角上有格点，面上及内部亦可有格点。其体积是固体物理学原胞体积的整数倍。 5、晶体包含7大晶系，14种布拉维格子，32个点群？试写出7大晶系名称；并写出立方晶系包含哪几种布拉维格子。 答：七大晶系：三斜、单斜、正交、正方、六方、菱方、立方晶系。 6．在晶体的宏观对称性中有哪几种独立的对称元素？写出这些独立元素。 答： 7.密堆积结构包含哪两种？各有什么特点？ 答：(1)六角密积 第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号1,2,3,4,5,6。 第二层：占据1,3,5空位中心。 第三层：在第一层球的正上方形成ABABAB······排列方式。 六角密积是复式格，其布拉维晶格是简单六角晶格。 基元由两个原子组成，一个位于(000)，另一个原子位于 c b a r 213132:++=即 (2)立方密积 第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号为1,2,3,4,5,6。 第二层：占据1，3，5空位中心。 第三层：占据2，4，6空位中心，按ABCABCABC······方式排列，形成面心立方结构，称为立方密积。 8.试举例说明哪些晶体具有简单立方、面心立方、体心立方、六角密积结构。并写出这几种结构固体物理学原胞基矢。 答：CsCl 、ABO3 ； NaCl ； ； 纤维锌矿ZnS 9.会从正格基矢推出倒格基矢，并知道倒格子与正格子之间有什么区别和联系？ 11.会求晶格的致密度。 14.X 射线衍射的几种基本方法是什么？各有什么特点？ 答：劳厄法：(1)单晶体不动，入射光方向不变；(2)X 射线连续谱，波长在 间变化，反射球半径 转动单晶法：(1)X 射线是单色的；(2)晶体转动。 粉末法 ：(1)X 射线单色(λ固定)；(2)样品为取向各异的单晶粉末。 第二章 1、什么是晶体的结合能，按照晶体的结合力的不同，晶体有哪些结合类型及其结合力是什么力？ 答：晶体的结合能就是将自由的原子（离子或分子）结合成晶体时所释放的能量。 结合类型：离子晶体—离子键 分子晶体—范德瓦尔斯力 共价晶体—共价键 金属晶体—金属键 氢键晶体—氢键 max min ~λλ
黄昆版固体物理学课后答案解析答案
《固体物理学》习题解答 黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考） 第一章 晶体结构 1.1、 解：实验表明，很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。因此，可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。这样，一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比，即：晶体原胞的空间利用率， Vc nV x = （1）对于简立方结构：（见教材P2图1-1） a=2r ， V= 3 r 3 4π，Vc=a 3，n=1 ∴52.06r 8r 34a r 34x 3 333=π=π=π= （2）对于体心立方：晶胞的体对角线BG=x 3 3 4a r 4a 3=?= n=2, Vc=a 3 ∴68.083)r 3 34(r 342a r 342x 3 3 33≈π=π?=π?= （3）对于面心立方：晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=?= n=4，Vc=a 3 74.062) r 22(r 344a r 344x 3 3 33≈π=π?=π?= （4）对于六角密排：a=2r 晶胞面积：S=62 60sin a a 6S ABO ??=??=2 a 233 晶胞的体积：V=332r 224a 23a 3 8 a 233C S ==?= ? n=1232 1 26112+?+? =6个 74.062r 224r 346x 3 3 ≈π=π?= （5）对于金刚石结构，晶胞的体对角线BG=3 r 8a r 24a 3= ??= n=8, Vc=a 3
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第一章晶体的结构 a)晶体的共性： i.长程有序：晶体中的原子按一定规则排列 ii.自限性：晶体自发地形成封闭几何多面体的特性，晶面夹角守恒定律 iii.各向异性：晶体的物理性质是各向异性的，是区别晶体与非晶体的中要特征。 b)密堆积： i.正方堆积：最简单的堆积方式 ii.体心立方堆积： iii.立方堆积和六角堆积：配位数为12 c)配位数和致密度： i.配位数：一个原子球与最近邻的相切原子的个数，如配位数为12即与1个 原子求与相邻的12个原子相切。 ii.致密度：晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积的比值。 d)布喇菲空间点阵原胞和晶胞 i.布喇菲点阵：对实际晶体结构的抽象成无数相同的点的分布，把这些点构成 的总体称为布喇菲点阵。 ii.原胞：晶体中体积最小的重复单元称为原胞，他们并不是唯一的，但是体积总是相等的。 iii.晶胞（布喇菲原胞）：晶体中体积不一定是最小的，但是能够反映出晶体对称的特征的重复单元称为晶胞。 iv.原胞基矢：原胞重复单元的边长称为原胞基矢，以a1、a2、a3表示。 v.晶胞基矢：晶胞重复单元的边长称为晶胞基矢，以a、b、c表示。 e)立方晶系： i.简立方：晶胞和原胞是统一的，对应一个结点。 ii.体心立方：原胞体积V= a1 ·（a2*a3） / 2 = a^3 / 2，a是晶胞边长，又称晶格常数。一个体心立方晶胞对应两个格点。 iii.面心立方：原胞体积V=a1 ·（a2*a3）= a^3 / 4；为晶胞体积的1/4，一个面心立方晶胞对应4个格点。 iv.NaCl结构：简立方结构，一个原胞对应一个基元，包含一个钠离子一个氯离子。 v.金刚石结构：构成面心立方结构， vi.简单晶格：基元包含一个原子的晶格，又称布喇菲格子。 vii.复式晶格：基元包含两个或者以上的原子的晶格。 f)晶列、晶面指数： i.晶列的特征：1. 取向；2. 格点的周期。 ii.原胞基矢的晶列指数：设，其中l1，12，l3互质。那么称为晶列指数。晶列指数的周期为，|R|。 iii.晶胞基矢的晶列指数：设，其中m、n、p互质。那么称 [mnp] 称为晶列指数。
中国科学院大学考研《固体物理》考试大纲知识分享
中国科学院大学考研《固体物理》考试大 纲
中国科学院大学考研《固体物理》考试大纲 本《固体物理》考试大纲适用于中国科学院凝聚态物理及相关专业的硕士研究生入学考试。固体物理学是研究固体的微观结构、物理性质，以及构成物质的各种粒子的运动规律的学科，是凝聚态物理的最大分支。本科目的考试内容包括晶体结构、晶格振动、能带理论和金属电子论等。要求考生深入理解其基本概念，有清楚的物理图象，熟练掌握基本的物理方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 一、考试形式 (一)闭卷，笔试，考试时间180分钟，试卷总分150分 (二)试卷结构 第一部分：简答题，共50分 第二部分：计算题、证明题，共100分 二、考试内容 (一)晶体结构 1、单晶、准晶和非晶的结构上的差别 2、晶体中原子的排列特点、晶面、晶列、对称性 3、简单的晶体结构，二维和三维晶格的分类 4、倒易点阵和布里渊区 5、 X射线衍射条件、基元的几何结构因子及原子形状因子 (二) 固体的结合 1、固体结合的基本形式
2、共价晶体，金属晶体，分子晶体与离子晶体，范德瓦尔斯结合，氢键，马德隆常数 (三) 晶体中的缺陷和扩散 1、晶体缺陷：线缺陷、面缺陷、点缺陷 2、扩散及微观机理 3、位错的物理特性 4、离子晶体中的点缺陷和离子性导电 (四) 晶格振动与晶体的热学性质 1、一维链的振动：单原子链、双原子链、声学支、光学支、色散关系 2、格波、简正坐标、声子、声子振动态密度、长波近似 3、固体热容：爱因斯坦模型、德拜模型 4、非简谐效应：热膨胀、热传导 5、中子的非弹性散射测声子能谱 (五) 能带理论 1、布洛赫定理 2、近自由电子模型 3、紧束缚近似 4、费密面、能态密度和能带的特点 5、表面电子态 (六) 晶体中电子在电场和磁场中的运动 1、恒定电场作用下电子的运动 2、用能带论解释金属、半导体和绝缘体，以及空穴的概念
固体物理学习心得
固体物理学习心得 篇一：学习固体物理后的感想 学习固体物理的感受 经过了十几周的学习，我们这门《固体物理学》也结束了最后的任务，虽然说这门课对于咱们专业的同学来说总体上难度很大，但是在您的指导下，同学们还是基本能够按时出勤，最重要的是达到了开设这门课的最初用意，能够为我们以后学习和了解更多物理学相关的知识打下良好的基础。 本课程是材料科学与工程专业的物理类基础课，包括晶格结构、晶格振动与热性质、固体电子理论、半导体、固体磁性质、绝缘体、介电体等部分。这门课程系统介绍固体物理研究的基本理论与重要试验方法提示丰富多彩的固体形态（如金属、绝缘体、磁性材料等）形成的基本物理规律，给出研究这些固体的实验（如X光衍射、中子散射、磁
散射等）设计的基本原理。简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。其实固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。固体的内部结构和运动形式很复杂，这方面的研究是从晶体开始的，因为晶体的内部结构简单，而且具有明显的规律性，较易研究。晶体或多或少都存在各种杂质和缺陷，它们对固体的物性， 以及功能材料的技术性能都起重要的作用。半导体的电学、发光学等性质
依赖于其中的杂质和缺陷；大规模集成电路的工艺中控制和利用杂质及缺陷是极为重要的。非晶态固体的物理性质同晶体有很大差别，这同它们的原子结构、电子态以及各种微观过程有密切联系。从结构上来分，非晶态固体有两类。一类是成分无序，在具有周期性的点阵位置上随机分布着不同的原子或者不同的磁矩；另一类是结构无序，表征长程序的周期性完全破坏，点阵失去意义。但近邻原子有一定的配位关系，类似于晶体的情形，因而仍然有确定的短程序。在无序体系中，电子态有局域态和扩展态之分。在局域态中的电子只有在声子的合作下才能参加导电，这使得非晶态半导体的输运性质具有新颖的特点。1974年人们掌握了在非晶硅中掺杂的技术，现在非晶硅已成为制备高效率太阳能电池的重要材料。无序体系是一个复杂的新领域，非晶态固体实际上是一个亚稳态。目前对许多基本问题还存在着争论，有待进一步的探索和研究。
西南大学固体物理期末考试复习题
1.写出NaCl 和CsCl 的结构类型。（8 分） 答：NaCl，面心立方CsCl，简单立方都是复式格子 2. 已知正格基矢a1,a2,a3, 画图并说明倒格基矢的长度和方向。 3.原子结合成晶体时，原子的价电子产生重新分布，从而产生不同的结合力，分析离子性、共价性、金属性和范德瓦耳斯性结合力的特点，并对每种结合，各举个晶体实例。 答：离子性结合：正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近，当靠近到一定程度时，由于泡利不相容原理，两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。当排斥力和吸引力相互平衡时，形成稳定的离子晶体；如NaCl 共价性结合：靠两个原子各贡献一个电子，形成所谓的共价键；如Si 金属性结合：组成晶体时每个原子的最外层电子为所有原子所共有，因此在结合成金属晶体时，失去了最外层（价）电子的原子实“沉浸”在由价电子组成的“电子云”中。在这种情况下，电子云和原子实之间存在库仑作用，体积越小电子云密度越高，库仑相互作用的库仑能愈低，表现为原子聚合起来的作用。如Cu 范德瓦耳斯性结合：惰性元素最外层的电子为8 个，具有球对称的稳定封闭结构。但在某一瞬时由于正、负电中心不重合而使原子呈现出瞬时偶极矩，这就会使其它原子产生感应极矩。非极性分子晶体就是依靠这瞬时偶极矩的互作用而结合的，如Ar 4.什么是声子？（8 分） 答：晶格振动的能量量子。在晶体中存在不同频率振动的模式，称为晶格振动，晶格振动能量可以用声子来描述，声子可以被激发，也可以湮灭。 5. 对于固体学原胞是N 的三维晶体，基元有两个原子，声学支和光学支的振动模式的数目分别是多少？（8 分）答： 3 ，6N-3 6. 详细画出一维双原子链的函数关系。 7.什么是固体比热的德拜模型和爱因斯坦模型？并分别简述计算结果的意义。 德拜提出以连续介质的弹性波来代表格波，将布喇菲晶格看作是各向同性的连续介质，有1 个纵波和2 个独立的横波。 计算结果表明低温极限下： —与温度的3 次方成正比。温度愈低，德拜近似愈好，说明在温度很低时，只有长波格波的激发是主要的。爱因斯坦提出对于有N 个原子构成的晶体，晶体中所有的原子以相同的频率ω 0 振动。 计算结果表明温度较高时： ——与杜隆－珀替定律一致。 温度非常低时：——按温度的指数形式降低，与实验结果符。爱因斯坦模型忽略了各格波的频率差 8. 写出布洛赫定理和布洛赫函数。 9 用能带理论简述半导体，导体和绝缘体。
固体物理学课----复习必备.docx
固体物理课程综述 第一章晶体结构 自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点这是由构成晶体的原子和晶体内部结构的周期性决定的。说明晶体宏观特性是微观特性的反映空间点阵：晶体可以看成由相同的格点在三维空间作周期性无限分布所构成的系统，这些格点的总和称为点阵。 简单晶格和复式晶格 简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。 复式晶格：如果晶体的基元由两个或两个以上原子组成，相应原子分别构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。 4、试述固体物理学原胞和结晶学原胞的相似点和区别。 答：⑴固体物理学原胞（简称原胞） 构造：取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学原胞。 特点：格点只在平行六面体的顶角上，面上和内部均无格点，平均每个固体物理学原胞包含1个格点。它反映了晶体结构的周期性。 （2）结晶学原胞（简称晶胞） 构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。特点：结晶学原胞不仅在平行六面体顶角上有格点，面上及内部亦可有格点。其体积是固体物理学原胞体积的整数倍。 5、晶体包含7大晶系，14种布拉维格了，32个点群？试写出7大晶系名称；并写出立方晶系包含哪几种布拉维格子。 答：七大晶系：三斜、单斜、正交、正方、六方、菱方、立方晶系。 6、在晶体的宏观对称性中有哪几种独立的对称元素？写出这些独立元素。 答： 7.密堆积结构包含哪两种？各有-什么特点?
答：⑴六角密积 第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号1,2,3,4,5,6。 第二层：占据1,3,5空位中心。 第三层：在第一层球的正上方形成ABABAB ......... 排列方式。 六角密积是复式格，其布拉维晶格是简单六角晶格。 基元由两个原子组成，一个位于(000),另一个原子位于 f 2 f 1 f 1 f 即：r = — a +—b + — c 3 3 2 (2)立方密积 第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙，如编号为1,2,3,4,5,6。 第二层：占据1, 3, 5空位中心。 第三层：占据2, 4, 6空位中心，按ABCABCABC?…方式排列，形成面心立方结构，称 为立方密积。 &试举例说明哪些品体具有简单立方、而心立方、体心立方、六角密积结构。并写出这儿种结构固体物理学原胞基矢。 答：CsCl、ABO3 ；NaCl；；纤维锌矿ZnS 9.会从正格基矢推出倒格基矢，并知道倒格子与正格子Z间有什么区别和联系? 晶体结构
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固体物理总复习题 一、填空题 1．原胞是的晶格重复单元。对于布拉伐格子，原胞只包含个原子。 2．在三维晶格中，对一定的波矢q ，有支声学波，支光学波。3．电子在三维周期性晶格中波函数方程的解具有形式，式中在晶格平移下保持不变。 4．如果一些能量区域中，波动方程不存在具有布洛赫函数形式的解，这些能 量区域称为；能带的表示有、、三种图式。 5．按结构划分，晶体可分为大晶系，共布喇菲格子。 6．由完全相同的一种原子构成的格子，格子中只有一个原子，称为 格子，由若干个布喇菲格子相套而成的格子，叫做格子。其原胞中有以上的原子。 7．电子占据了一个能带中的所有的状态，称该能带为；没有任何电子占据的能带，称为；导带以下的第一满带，或者最上面的一个满带称为；最 下面的一个空带称为；两个能带之间，不允许存在的能级宽度，称为。 8.基本对称操作包 括，，三种操作。 9. 包含一个 n 重转轴和 n 个垂直的二重轴的点群叫。 10.在晶体中，各原子都围绕其平衡位置做简谐振动，具有相同的位相和频率， 是一种最简单的振动称为。 11.具有晶格周期性势场中的电子，其波动方程 为。 12. 在自由电子近似的模型中，随位置变化小，当 作来处理。 13.晶体中的电子基本上围绕原子核运动，主要受到该原子场的作用，其他原子 场的作用可当作处理。这是晶体中描述电子状态 的
模型。 14. 固体可分 为 ， ， 。 15. 典型的晶格结构具有简立方结 构， ， ， 四种结构。 16. 在自由电子模型中，由于周期势场的微扰，能量函数将在 K= 处 断开，能量的突变为 。 17. 在紧束缚近似中，由于微扰的作用，可以用原子轨道的线性组合来描述电 子共有化运动的轨道称为 ，表达式 为 。 18．爱因斯坦模型建立的基础是认为所有的格波都以相同的 振动， 忽略了频率间的差别，没有考虑 的色散关系。 19．固体物理学原胞原子都在 ，而结晶学原胞原子可以在顶点也可以 在 即存在于 。 20．晶体的五种典型的结合形式是 、 、 、 、 。 21．两种不同金属接触后，费米能级高的带 电，对导电有贡献的是 的电子。 22．固体能带论的三个基本假设是： 、 、 。 23．费米能量与 和 因素有关。 二、名词解释 1．声子； 2.；布拉伐格子； 3. 布里渊散射； 4. 能带理论的基本假设 . 5．费米能； 9.晶体； 10. 6. 晶体的晶面； 7. 布里渊散射； 11. 喇曼散射； 晶格； 12. 8. 近自由电子近似。 喇曼散射； 三、简述题 1．试说明在范德瓦尔斯结合、金属性结合、离子性结合和共价结合中，哪一种或哪几种结合最可能形成绝缘体、导体和半导体。 2 ．什么是声子？声子与光子有什么相似之处和不同之处？
《固体物理》考试知识点.
《固体物理》考试知识点 第一章：晶体结构 1、基本概念：基元，结点，点阵，晶格，简单格子，复式格子，原胞，固体物理学原胞，结晶学原胞，基矢，格矢，空间点阵学说的基本内容等。 2、基本知识点：立方晶系固体物理学原胞的惯用取法；NaCl、CsCl、金刚石、闪锌矿、钙钛矿结构、密堆积结构等常见晶体结构、七大晶系的基本特征；晶列的定义、性质和描述方法；晶面的定义、性质和描述方法；引入倒格子的目的；倒格子的性质；倒格子基矢与正格子基矢的解析关系。 3、基本技巧：会画特定晶面的原子排列状况；给出晶向指数和晶面指数，会画晶向和晶面；会计算晶面间距；会计算倒格子原胞基矢；会利用倒格子性质处理晶体学问题。 第二章、晶体的结合 了解晶体结合的基本类型、特点以及结合力的一般性质。 第三章、晶格振动和晶体的热学性质 1、基本概念：格波；声子 2、基本知识点：格波波矢的取值范围和取值个数；格波与连续介质弹性波之间的比较；晶格振动的格波支数、本征频率数遵从的规律；为什么晶格振动问题必须用量子力学来处理；为什么说声子不是物理实在；经典理论在处理固体比热时遇到了什么样的困难；爱因斯坦模型和德拜模型的基本假设。 3、基本技巧：会计算一维原子链晶格振动的色散关系；会计算晶格振动的频率分布函数(即：格波态密度)；会采用爱因斯坦模型、德拜模型、及在已知某种色散关系的前提下求解晶格比热。 第四章、晶体缺陷 了解晶体缺陷的基本概念、类型及位错的形态；会热缺陷的统计计算 第五章、金属自由电子理论 1、基本概念：费米面、功函数、接触电势差 2、基本知识点：金属中存在大量的自由电子，为什么电子气对比热的贡献却很小； 3、基本技巧：会采用自由电子理论计算单位能量间隔内所能容纳电子数目；会计算金属中电子气的比热。
固体物理期末复习题目及问题详解
文档 第一章晶体结构 1、把等体积的硬球堆成下列结构，求球可能占据的最大体积和总体积之比。（1）简立方（2）体心立方（3）面心立方（4）金刚石 解：（1）、简立方，晶胞含有一个原子n=1，原子球半径为R，立方晶格的顶点原子球相切，立方边长a=2R,体积为()3 2R， 所以 () 33 3 44 330.52 6 2 n R R K V R πππ ? ==== （2）、体心立方晶胞含有2个原子n=2，原子球半径为R，晶胞边长为a，立方晶格的体对角线原子球相切，体对角线长为4个原子半径，所以 3 a R = 33 3 44 23 330.68 4 3 n R R K V R ππ π ?? ==== ?? ? ?? （3）、面心立方晶胞含有4个原子n=4，晶胞的面对角线原子球相切，面对角线长度为4个原子半径，立方体 边长为a,所以 2 a R = 33 3 44 42 330.74 4 2 n R R K V R ππ π ?? ==== ?? ? ?? (4)、金刚石在单位晶格中含有8个原子，碳原子最近邻长度2R为体对角线 1 4 长，体对角线为83 R a = 33 3 44 83 330.34 8 3 n R R K V R ππ π ?? ==== ?? ? ?? 2、证明面心立方和体心立方互为倒格子。 09级微电子学专业《固体物理》期末考复习题目 至诚学院信息工程系微电子学专业姓名：陈长彬学号：210991803
3、证明：倒格子原胞体积为 ()3 * 2 c v v π =，其中v c为正格子原胞的体积。
4、证明正格子晶面 与倒格矢 正交。 5能写出任一晶列的密勒指数，也能反过来根据密勒指数画出晶列；能写出任一晶面的晶面指数，也能反过来根据晶面指数画出晶面。 见课件例题 以下作参考： 15.如图1.36所示，试求： （1） 晶列ED ，FD 和OF 的晶列指数； （2） 晶面AGK ,FGIH 和MNLK 的密勒指数； （3） 画出晶面（120），（131）。 密勒指数：以晶胞基矢定义的互质整数( )。 [截a,b,c.] 晶面指数：以原胞基矢定义的互质整数( )。 [截a1, a2, a3.] 注意： a) 互质整数所定义的晶面不一定代表最近原点的晶面； b) 所有等价的晶面(001)以{001}表示； c) 晶面不一定垂直于晶向(其中li=hi)；仅对具有立方对称性的晶体， 才垂直于晶向； d) 对理想布喇菲格子，晶面的两面是等价的，故有=，但对复式格子的实际晶体，这是不成立的。如 AsGa 的（111速度，生长速度等就不一样。 a 2 x y z A B D C G F E O I H y x A a 2 K O G L N M z 图1.36 解：（1ED FD 的晶列指数为[110]，晶列OF 的晶列指数为[011]。 （2）根据晶面密勒指数的定义 晶面AGK 在x ，y 和z 三个坐标轴上的截距依次为1，-1和1，则其倒数之比为1:1:11 1 :11:11=-，故该晶面的密勒指数为（111）。 () 321h h h 332211b h b h b h K h ++=
固体物理学发展简史
固体物理学发展简史 固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。 固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。 在相当长的时间里，人们研究的固体主要是晶体。早在18世纪，阿维对晶体外部的几何规则性就有一定的认识。后来，布喇格在1850年导出14种点阵。费奥多罗夫在1890年、熊夫利在1891年、巴洛在1895年，各自建立了晶体对称性的群理论。这为固体的理论发展找到了基本的数学工具，影响深远。 1912年劳厄等发现X射线通过晶体的衍射现象，证实了晶体内部原子周期性排列的结构。加上后来布喇格父子1913年的工作，建立了晶体结构分析的基础。对于磁有序结构的晶体，增加了自旋磁矩有序排列的对称性，直到20
世纪50年代舒布尼科夫才建立了磁有序晶体的对称群理论。 第二次世界大战后发展的中子衍射技术，是磁性晶体结构分析的重要手段。70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术，在于晶体结构的观察方面有所进步。60年代起，人们开始研究在超高真空条件下晶体解理后表面的原子结构。20年代末发现的低能电子衍射技术在60年代经过改善，成为研究晶体表面的有力工具。近年来发展的扫描隧道显微镜，可以相当高的分辨率探测表面的原子结构。 晶体的结构以及它的物理、化学性质同晶体结合的基本形式有密切关系。通常晶体结合的基本形式可分成：高子键合、金属键合、共价键合、分子键合和氢键合。根据X 射线衍射强度分析和晶体的物理、化学性质，或者依据晶体价电子的局域密度分布的自洽理论计算，人们可以准确地判定该晶体具有何种键合形式。 固体中电子的状态和行为是了解固体的物理、化学性质的基础。维德曼和夫兰兹于1853年由实验确定了金属导热性和导电性之间关系的经验定律；洛伦兹在1905年建立了自由电子的经典统计理论，能够解释上述经验定律，但无法说明常温下金属电子气对比热容贡献甚小的原因；泡利在1927年首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性，索末菲在1928年用量子统计求得电子气的比热容和输运现象，解决了经典理论的困难。
固体物理考试 复习
1、简立方原胞基矢 体心立方原胞基矢 面心立方原胞基矢 k j i a a a a a a ===321 ) (2/)(2/) (2/321k j i a a k j i a a k j i a a -+=+-=++-= ???????+=+=+=)(2/)(2/) (2/a 3 21j i a a i k a a k j a 2、试证面心立方的倒格子是体心立方 证：设与晶轴a 、b 、c 平行的单位矢量分别为i 、j 、k 。面心立方正格子的原胞基矢可取为 )(2),(2),(2321j i a a i k a a k j a a +=+=+= 由倒格子公式得 Ω?= Ω?=Ω?=] [2,][2,][2213132321a a b a a b a a b πππ 可得倒格基矢为： ),(2),(2),(2321k j i a b k j i a b k j i a b -+=+-=++-=πππ 3、考虑晶格中的一个晶面（hkl ），证明：(a ) 倒格矢123h G hb kb lb =++垂直于这个晶面；(b ) 晶格中相邻两个平行晶面的间距为2hkl h d G π= ；(c ) 对于简单立方晶格有 () 2 2 222 a d h k l =++。 证明：（a ）晶面（hkl ）在基矢321a a a 、 、 上的截距为l a k a h a 32 1、 、 。作矢量： k a h a m 211-= ，l a k a m 322-=，h a l a m 1 33-= 显然这三个矢量互不平行，均落在（hkl ）晶面上（如右图），且 () ()()() 0222321321321213 21211=?? ? ??? ???+??+??????? ??-=++????? ??-=?a a a a a l a a a a a k a a a a a h k a h a b l b k b h k a h a G m h πππ 同理，有02=?h G m ，03=?h G m 所以，倒格矢()hkl G h ⊥晶面。 （b ）晶面族（hkl ）的面间距为：
固体物理复习资料
一．选择题： 1、面心立方晶格的晶胞的体积是其原胞体积的( D ) A. 2 1 B. 31 C. 41 D. 61 2、下图为三维晶格的平面示意图，图中1α、2α分别表示晶格在该平面上的基矢，另一基矢3α垂直于1α、2α所在的平面。现有平行于3α的 晶面截取1α、2α（如下图（a ）（b ）（c ）所示），图（a ）中晶面的密勒指数为()100，图（b ）和图（c ）中晶面的密勒指数分别为( D ) （a ） （b ） （c ） A. ()110和()120 B. ()110和()210 C. ()011和()120 D. () 011和()210 3、面心立方晶格和体心立方晶格的简约布里渊区分别是( D ) A. 八面体和正十二面体 B. 正十二面体和截角八面体 C. 正十二面体和八面体 D. 截角八面体和正十二面体 4、对一个简单立方晶格，若在第一布里渊区面心上一个自由电子的动能为E ，则在该区顶角上一个自由电子的动能为 A. E B. 2E C. 3E D. 4E 5、相邻原子间距为a 的一维单原子链的第一布里渊区也是波数q 的取值范围为( B ) A.a q a π π22≤<- B. a q a π π ≤ <- C. a q a 22π π ≤ <- D. a q a 44π π ≤ <- 6、关于电子有效质量下列表述中正确的是( B ) A. 在一个能带底附近，有效质量总是负的；而在一个能带顶附近，有效质量总是正的 B. 在一个能带底附近，有效质量总是正的；而在一个能带顶附近，有效质量总是负的 C. 在一个能带底附近和能带顶附近，有效质量总是正的 D. 在一个能带底附近和能带顶附近，有效质量总是负的 7、下面几种晶格中,不是金属元素常采取的晶格结构是( A ) A. 金刚石晶格 B.面心立方晶格 C.六角密排晶格 D. 体心立方晶格 9、温度升高，费米面E F ( D ) A.不变 B. 大幅升高 C. 略为升高 D. 略为降低 10、在极低温度下，晶格的热容量C v 与温度T 的关系是 ( D ) A. C v 与T 成正比 B. C v 与2 T 成正比 C. C v 与3 T 成正比 D. C v 与T 3 成反比 11、一晶格原胞的体积为v ，则其倒格子原胞的体积为( D )