固体物理-周张凯课件 第一章-晶体结构与x射线-2014-zzk.ppt

第一章 晶体结构和X 射线衍射 ——周张凯 中山大学 物理科学与工程技术学院 固体物理引言 我教这门课的主要目的不是替你为应付某种考试做准备—— 甚至也不是替你为参加工业部门或军事部门作准备。 我至多希望是你对奇妙的世界以及对物理学家看待这一世界的方 式有所了解，我相信这是真正的现代文化主要部分。 或许你不仅会对这种文化有所了解，甚至还可能加入这一人类心 智早已开始的最伟大的冒险。。 理查德?费曼： 5. 课程主要内容 固体物理引言 电子运动 原子=原子实+价电子 原子具体排列形式 即为晶格 自由电子模型 晶格振动即为声子 电子活动的舞台 最简单的电子运动模型 声子的运动规律 电子最重要的相互作用对象 晶格周期势场作用下的 电子运动 Bloch定理 电子与晶格作用具体体现 外场中的电子运动 （主要是静电场） 电子运动规律的实际应用 以上是从电子角度的概括，但必须强调，物理学的每个分支都有同等重要的地位， 晶格以及声子研究也是固体物的重要部分。 能带论 7. 参考书目 固体物理引言 [美] C.基泰尔：《固体物理导论》，科学出版社，1979年11月第1版； (Introduction to Solid State Physics(C.Kittel)，JOHN WILEY SONS INC (7th edition, 1996) 方俊鑫，陆栋：《固体物理学》（上册），上海科学技术出版社， 1980年12月第1版 陆栋，蒋平，徐志中：《固体物理学》，上海科学技术出版社， 2003年12月第1版 刘友之，聂向富，蒋生蕊，《固体物理学习题指导》，高等教育出版社， 1988年8月第一版 王矜奉，范希会，张承琚，《固体物理概念题和习题指导》 山东大学出版社，2011年9月第一版 第一章 晶体结构和X 射线衍射 第一章 晶体结构和X 射线衍射 §1.1 晶体和晶格基本概念 §1.2 几种简单的晶体结构 §1.3 晶列和晶面指数 §1.4 倒格子和晶体衍射 §1.5 对称操作和点群 §1.6 晶体的对称性、空间群 晶体学的基本概念 本章最重要内容 也是周期性特性初步尝试 晶体学的高级概念 晶体形态 石英 绿玉 钻石 蓝宝石 Ho-Mg-Zn 准晶 琥珀 碳纳米管 石墨烯 第一章 晶体结构和X 射线衍射 Crystal Growth Design 8, 4432, 2008 第一章 晶体结构和X 射线衍射 各晶体是由一些基元（basis）按一定规则, 周期重复排列而成。 是组成晶体的最小物理重复单元； 可以是原子或原子集团（如分子、蛋白质）; 1、晶体结构=晶格+基元 第一章 晶体结构和X 射线衍射 1）基元 §1.1 晶体和晶格基本概念 基元、重复排列 第一章 晶体结构和X 射线衍射 晶体结构的周期性 （Crystal structure） 理想化的晶体是周期排列无限延伸的，即 每一个基元是等价的，其物理内容都相同，它周围的环境也是相同的。（没有边界） 宏观尺度的实际晶粒含极大量的原子; 一般晶体内的杂质含量低于 10-9，这样，可把实际晶体近似为理想晶体。 第一章 晶体结构和X 射线衍射 具有原子分辨率的TEM模拟辅助成像 L.J. CHEN, Metal Silicides: An Integral Part of Microelectronics, JOMM, Vol. 57, No.9, pp. 24-31 第一章 晶体结构和X 射线衍射 OL Krivanek et al. Nature 464, 571-574 (2010) doi:10.1038/nature08879 The atomic structure determined by the histogram analysis. 现代分析技术可以做到每个原子做化学分析 B N C O 第一章 晶体结构和X 射线衍射 Nano Letters, 2013, doi:10.1021/nl401945b 原子级3D-TEM分析图 第一章 晶体结构和X 射线衍射 2）晶格、格点和布喇菲格子 在基元中任选一点（如重心），并在其他各基元选出相同点，把最近邻点相连接，抽象出三维几何网络，则此网络就叫 晶格（Lattice），或 布喇菲格子（Bravais Lattice） ，网格点就叫 格点（Lattice point）。 除边界以外, 布喇菲格子内每一个格点都是等价的, 它代表的内容、它的环境（最近邻）与所处的地位是相同的。 平移对称性: 晶体在任两格点间平移后保持不变 第一章 晶体结构和X