固体物理-王雪华课件L1-晶体结构与对称性1.ppt

固体物理学 Solid State Physics 王雪华 中山大学理工学院 光电材料与技术国家重点实验室 课程简述 教 材：固体物理学，黄昆 原著 韩汝琦 改变 参考书： C. Kittel, Introduction to Solid State Physics （中译本，基泰尔， 固体物理导论） 方俊鑫， 固体物理学 3.课程成绩: 期末考试：60%；课后作业：20%；小组课题：20%（写报告和讲述） 课程简述 4. 固体物理的研究对象 物质的三个视觉形态：固态、液态、气态（如冰、水、汽） 固体是指具有确定形状和体积的物体，由大量的原子、分子组成 固体的分类：晶体、准晶体和非晶体 5.学习固体物理的收获 科学的认识论和发散的思维方式 科学的恋爱观和正确的生活态度 想不成功都难 科学的认识论和发散的思维方式 “More Is Different”! ---- P. W. Anderson 一个小伙：没有故事 ; 一个姑娘 ：没有故事; 一个小伙和一个姑娘在一起：浪漫的故事 二个小伙和一个姑娘在一起：“浪漫+悲惨”的故事 “More and More”: 呼唤某种规则形成有序的稳态结构！ 二种认识论： 还原论(Reductionism)：一切归结为最基本的组成部分和决定它们行为的最基本规律，“最终目的”－－建立包罗万象的“大统一理论”。 呈展论（Emergence): 客观世界是分层次的，每个层次都有自己的基本规律，重要的是承认客观现实，以它为依据，找出它的基本规律，理解这些现象是如何“呈展”的。（原子的堆积产生生命、思维?） 基 态：长寿命的稳态或亚稳态 激发态：固体中的元激发（集体激发），通常是寿命短暂的非稳态， 最终要衰减到基态。要维持这种状态，需要外部不断的提 供能量。 科学的恋爱观和正确的生活态度 恋 爱：生命的一种激发态，期望长期的浪漫恋爱是违反自然规 律的。 分手或结婚：二种不同的基态，恋爱状态的回归原来的基态或新 的基态。 相变：由一种稳态转变到另一种稳态。 二个独立的个体，经由恋爱，结婚生子是一种伟大相变！ 科学的恋爱观和正确的生活态度 基态束缚能：打破基态所需的能量 婚姻的束缚能：家庭、亲情、责任和义务 基 态：稳定而平凡。 歌词：平平淡谈才是真！ 激发态：短暂而炫丽。 尤如生活中的朵朵浪花！ 结构决定功能！ 态度决定人生！ 愿大家运用固体物理的知识获得幸福、成功的人生！ 现在我开始带领大家进入固体物理世界。 第一章 晶体结构和X 射线衍射 晶体结构讨论的是原子以什么样的方式堆积，构成晶体。 严格地讲，由于表面、原子振动、杂质(最小浓度为10-12cm-3)等的存在,没有完美的晶体。“完美”晶体的讨论基于表面、振动、杂质等缺陷对要讨论的晶体性质的影响可忽略不计的情况。 晶体的非完美性本身大多是很有意义的课题：例如原子振动之于电阻、杂质之于半导体等。 约定：除非特别指明，晶体是指单晶体。 第一章 晶体结构和X 射线衍射 §1.1 晶体和晶格 §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 §1.5 对称操作和点群 §1.6 晶体的对称性、空间群 §1.7 配位数 密堆积 §1.8 晶体衍射理论简介 §1.1 晶体和晶格 一、晶体的宏观特征 二、空间点阵 三、晶格的周期性、原胞和基矢 一、晶体的宏观特征 晶体具有三个宏观特征： 1、外型具有一定的规律 晶体是一个凸多面体 晶面：构成晶体的表面。 晶棱：晶面与晶面的交线。 2、有确定的熔点 （冰 0℃ NaCl 800℃） 3、物理性质各向异性 晶体的外型由晶体形成时的外界条件决定。但无论其外型如何，都满足两条规律： 1）存在一定的对称性； 2）满足晶面角守恒定律： 两个对应的晶面的交角恒定不变。 例： NaCl 晶体的两种外型 二、空间点阵 晶体可以由一种或多种原子（或离子）组成，它们是构成晶体的基本结构单元，称为基元。将基元在空间中按一定方式作周期性重复就形成了具有一定结构的晶体。 1、结点 例1：碳60晶体 晶体基元是一个包含60个碳原子组成的巴基球 。 例2：两种原子构成的某种晶体 晶格 (Crystal l