固体物理复习提纲2010

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Rn，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

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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Kh1h2h3正交

这里(h1h2h3)是互质的整数。 ③倒格子矢量

的长度与晶面族

?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(Gh) = 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

(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

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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：

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：

负幂次方的形式：B/Rn

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

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

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一维单原子链色散关系固体物理复习提纲2010

关系图示、长波近似下晶格振动特征三、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

一个假想的

一维双原子链 色散关系曲线

1.单原子链色散关系:

2.双原子链声学支色散关系

于问题的分析，赋予

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

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):

统计。

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

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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.