固体物理ppt课件

,01_00_,绪论,固体物理,_,黄昆,固体物理学,湘潭大学物理系,E-mail：,Phone：15573237949,固体物理学湘潭大学物理系,平时成绩（,30%,）,成绩,考试成绩（,70%,）,作业完成情况,20%,课堂回答问题,5%,到课情况,5%,作业每个星期五下午,6,点之前交到物理楼,515,平时成绩（30%）成绩考试成绩（70%）作业完成情况20%课,固体物理学,1.,固体物理学,黄昆 韩汝琪，高等教育出版社,2.Introduction to Solid State PhysicsSeventh Edition,CHARLES KITTEKL,John Wiley,3.,固体物理学,方俊鑫 陆栋,上海科学技术出版社,4.,固体物理学,顾秉林 王喜昆，清华大学出版社,5.,固体物理学,学习参考书,陈金富，高等教育出版社,6.,固体物理基础,阎守胜，北京大学出版社,7.,固体能带理论,谢希德 陆栋，复旦大学出版社,固体物理学1.固体物理学,绪 论,一、固体物理的研究对象,研究固体结构及其组成粒子,(,原子、离子、电子,),之间,相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科,固体分类,晶体,原子按一定的,周期排列,规则的固体（长程有序）,天然的岩盐、水晶以及人工的半导体锗、硅单晶,非晶体,原子的排列没有明确的周期性（短程有序）,玻璃、橡胶、塑料,物质存在状态：固态、液态、气态和等离子态等,绪 论 一、固体物理的研究对象 研究固体结构及其组,固体的分类,长程有序：周期性，理想的晶体可以看成是由一些基本结构单元,(,基元,原子、原子团,),在空间重复排列而成。,固体的分类长程有序：周期性，理想的晶体可以看成是由一些基本结,晶体的共性,不同原子构成的晶体，性质不同,硅,(,半导体,),和铜,(,导体,),都是面心立方结构，但是电子性质完全不同,同种原子组成的不同结构的晶体，性质不同,(,同素异构体,),在熔化过程中，晶态固体的长程有序解体时对应一定的熔点,石墨,金刚石,C:1s,2,2s,2,2p,2,1.55,3.56,导电 疏松,范德瓦尔斯,sp,2,杂化,sp,3,绝缘体 硬度高,共价键,晶体的共性不同原子构成的晶体，性质不同石墨金刚石C:1s22,自限性：晶体所具有的自发形成封闭多面体的能力,晶体的解理性：晶体沿着某些确定方位,晶面劈裂的性质,(,解理面,),。,晶体在外力作用,(,如敲打、挤压,),下沿特定的结晶,方向裂开成较光滑断面。,解理性主要决定于晶体结构，若晶体内结合力不止,一种，解理时断裂的是最弱的化学键或结合力。,赤铜矿晶体,(,八面体和菱形十二面体聚形,),产地法国,绿色柱状祖母绿晶体产地摩洛哥,自限性：晶体所具有的自发形成封闭多面体的能力赤铜矿晶体(八面,晶面角守恒性,晶体具有固定的熔点：当给某种晶体加热，当加热到一定温度的时候，晶体才是熔化，并且在熔化的过程中其温度不变，直到晶体全部熔化，温度才开始上升。,晶面角守恒性,各向异性：,对称性：,晶体在某些特定的方向具有,各向异性，但这些性质在不同,的方向上有规律地重复出现。,扶手型,锯齿型,雪花具有六角对称性,石墨烯：,2004,年发现,2010,年诺贝尔物理学奖,各向异性：扶手型锯齿型雪花具有六角对称性石墨烯：2004年发,非晶体,不具备长程有序特点,在凝结过程中不经过结晶的阶段，非晶体中分子与,分子的结合是无规则的,Be,2,O,3,晶体与,Be,2,O,3,玻璃的内部结构,非晶体 不具备长程有序特点 在凝结过程中不经过结,多晶体,由两个以上的同种或异种单晶组成的,结晶物质，各单晶通过晶界结合在一起,准晶体,1984,年,Shechtman,用快速冷却方法制备的,AlMn,准晶，结构有别于晶体和非晶体,多晶由成千上万的晶粒构成，尺寸大多在厘米级至微米级范围内变化，没有单晶所特有的,各向异性,特征,单晶体,晶体形成过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。,多晶体 由两个以上的同种或异种单晶组成的 准晶体,准晶体,1984,年,Shechtman,用快速冷却方法制备的,AlMn,合金,理想晶体,内在结构完全规则的固体,_,完整晶体,实际晶体,固体中或多或少地存在有不规则性，在规则,排列的背景中尚存在微量不规则性的晶体,电子衍射图中具有五重对称,的斑点分布,介于晶体和非晶体之间的新,的状态,准晶态,准晶体 1984年Shechtman用快速冷却方法制备,二 固体物理的发展过程,晶体规则的几何形状和对称性与其它物理性质之间,有一定联系,;,晶体外形的规则性是内部规则性的反映,十七世纪，,惠更斯,以椭球堆积的模型来解释方解石的,双折射性质和解理面,十八世纪，,阿羽依,认为晶体由一些坚实、相同的平,行六面形的小,基石,”,有规则地重复堆集而成的,十九世纪中叶，,布拉伐,发展了空间点阵学说,概括了晶格周期性的特征,二 固体物理的发展过程 晶体规则的几何形状和对称性与,十九世纪末叶，,费多洛夫,，,熊夫利,、,巴罗,等独立地发,展了关于晶体微观几何结构的理论体系，为进一步研,究晶体结构的规律提供了理论依据,并积累了大量的,实验事实和经验规律。,描述晶体比热,_,杜隆珀替,定律,描述金属导热和导电性质的,魏德曼佛兰兹,定律,二十世纪初，,特鲁德,和,洛伦兹,建立了经典金属自由电子,论，对固体认识进入一个新的阶段,1912,年，,劳厄,指出晶体可以作为,X,射线的衍射光栅，,证实了空间群理论。,十九世纪末叶，费多洛夫，熊夫利、巴罗等独立地发 描,爱因斯坦,引进量子化的概念来研究晶格振动,索末菲,在金属自由电子论基础上，发展了固体量子论,费米,发展了统计理论，为以后研究晶体中电子运动的,过程指出了方向,20,世纪三十年代，建立了固体能带论和晶格动力学,量子理论发展正确描述了晶体内部微观粒子运动过程,爱因斯坦引进量子化的概念来研究晶格振动 索末菲在金,固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有,一类固体，其导电性质介于两者之间,_,半导体,20,世纪四十年代末，以诸、硅为代表的半导体单晶的,出现并制成了晶体三极管,_,产生了半导体物理,1960,年诞生的激光技术对固体的电光、声光和磁光器,件不断地提出新要求,人们对固体的认识：由表及里，由宏观到微观，,由定性到定量，由现象到本质。,固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有 2,三 固体物理的学科领域,高纯度的完整晶体、杂质、缺陷对金属、半导体,电介质、磁性材料以及其它固体材料性能的影响,一般条件下金属、半导体、电介质、磁性物质,发光等材料的各种性质,强磁场、强辐射、超高压、极低温等特殊条件下,材料表现出的各种现象,三 固体物理的学科领域 高纯度的完整晶体、杂质、缺,探索新材料和设计新器件,超导理论、多体理论、非晶态理论、表面理论、,光与物质相互作用等,发展制备材料和器件的新工艺和新理论,固体物理学负担着众多的理论课题,探索新材料和设计新器件 超导理论、多体理论、非,固体物理领域,金,属,物,理,半导体物理,晶体物理,磁学,电介质物理,液晶物理,固体发光,超导体物理,固态电子学,固态光电子学,固体光谱,强关联物理,纳米物理,表面物理,介观物理,固体物理领域金半导体物理晶体物理磁学电介质物理液晶物理固体发,四 固体物理的研究方法,固体物理是一门实验性学科,为阐明固体表现出的现象与内在本质的联系，建立和发展关于固体的微观理论,固体是一个复杂的客体,每一立方米中包含有约,10,29,个原子、电子，而且它们之间的相互作用相当强,固体的宏观性质,就是大量粒子之间的相互作用和集体运动的总表现,四 固体物理的研究方法 固体物理是一门实验性学科 为,1.,根据晶体中原子规则排列的特点，建立,晶格动力学,理论，引入声子概念，阐明了固体的低温比热和中子衍射谱,2.,金属的研究,抽象出电子公有化的概念，再用单电子近似的方法建立,能带理论,3.,物质的铁,磁性,研究了电子与声子的相互作用，阐明低温磁化强度随温度变化的规律,4.,超导,的理论,研究电子和声子的相互作用，形成库柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变,固体物理学,主要内容：,1.根据晶体中原子规则排列的特点，建立晶格动力学理论，引入,主要内容回顾：,1,、固体的分类,2,、晶体的概念,3,、晶体的特征,4,、初步了解固体物理,主要内容回顾：,