《固体物理一绪论》PPT课件

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《固体物理一绪论》PPT课件

绪论：三、固体物理学及其发展史
与此同时，* Heisenberg, *Wigner, *Mott, *朗道，夫伦克尔，佩尔斯，*肖特基，*范弗莱克等当时一流的理论物理学家都曾投入到固体理论的研究中并取得了丰富的成果。
赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书, 标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论的第一个范式。（建立在对晶体认识的基础上）
5. 光学材料非线性研究励强华教授
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
6. 热电材料研究胡建民教授、曲秀荣老师 7. 非晶和液体性质的研究孙民华教授 8. 半导体光电子材料；光催化研究李林、徐玲玲老师 9. 半导体材料电子结构、输运性质的第一性原理计算
尹海涛教授、牛丽老师
绪论：五、本课程的主要内容
Seitz F, Modern Theory of Solids, McGraw-Hill 1940
绪论：三、固体物理学及其发展史
晶格结构
晶格理论
晶格动力学晶格热力学
理想晶格
固体物
电子理论
实际晶格理论能带理论金属中的自由电子气
理
功函数、接触电势等
输运理论：电子与晶格的相互作用
固体物理分论半导体、磁学、超导、非线性光学
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
1. 磁性超晶格及多层膜的物理性质研究；光子晶体的磁性研究
王选章教授、付淑芳、李华、周胜老师
2. 半导体纳米材料及其应用；
复合氧化锌超晶格纳米线制备及 TFT研制
张喜田教授、高红教授
3. 光电子技术应用孙文军教授
4. 量子光学；固体发光
吕树臣教授、孟庆裕、孙江亭老师
第一章晶体结构与X射线衍射第二章晶体的结合第三章晶格振动和固体的热学性质第五章金属的自由电子理论第六章能带理论

《固体物理基础概论》PPT课件

组成晶态固体的粒子在空间周期性排列,具有长程序,它的对称性是破缺的。
非晶体与晶体相反，其组成粒子在空间的分布是完全无序或仅仅具有短程序,具有高度的对称性。
准晶介于晶体和非晶体之间，粒子在空间分布有序，但不具有周期性，仅仅具有长程的取向序。
固体物理的研究对象以晶体为主。
准晶
2 . 固体物理学的基本任务：是企图从微观上去解释固体材料的宏观物性，并阐明其规律。
到了期末，接近考试了，此时介绍晶体结合、晶体缺陷等学生材内容和学时分配第一章金属自由电子费米气体模型(10学时) 第二章晶体的结构 (19学时) 第三章能带论 (23学时) 第四章晶格振动 (10学时) 第五章输运现象 (5学时) 第六章晶体的结合、晶体缺陷和相图(5学时)
曼彻斯特大学最近公布的波纹式的石墨烯薄片示意图
Ultra-Thin Material
超导磁悬浮
Magnetic Domains by Magneto-optical Effect
包钴氧化铁钡铁氧体
铁合金
CrO2
m
计算机的硬盘
计算机的硬盘
2007年诺贝尔物理学奖---巨磁电阻效应（GMR)
4.基泰尔（C.Kittel 5th edition）著，杨顺华等译，固体物理导论，科学出版社，1979
5.方可,胡述楠,张文彬主编;固体物理学,重庆大学出版社,1993
6.陈金福主编固体物理学—学习参考书高等教育出版社,1986 7.
8.阎守胜. 2000. 固体物理基础. 北京：北京大学出版社
7.教学要求
1) 掌握金属自由电子模型的内容并学会利用该模型对金属的电、热、光等物性进行分析； 2) 掌握晶体的结构特点、晶格的特征、晶体对称性和分类、倒格子以及X射线衍射；

固体物理第一讲绪论PPT课件

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。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：离子键合、金属键合、共价键合、分子键合(范德瓦耳斯键合)和氢键合。根据X射线衍射强度分析晶体的物理、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。
(二)、固体物理的发展史
几百万年前的石器时代，或者几万年前人类开
始冶炼金属、制造农具和刀箭的时代。通过炼金术，人们了解了一些材料的颜色、硬度、熔化等性质，并用之于绘画、装饰等。
1611年，开普勒就开始思考雪花为什么呈六角形；
1843年法拉第曾惊奇地发现硫化银的电阻随着温度的升高而下降；
阿拉克西曼德：万物是由无数的原始物质构成的。阿拉克西美尼：万物的本质是空气。赫拉克里特：万物的本质是火，火与其他物类的混合物，一
般都以我们可以感知气味的其他物类来命名，但是火本身是不变的因素。埃姆毕多克拉斯：万物是由水、气、火、土组成。
• 巴门尼德：宇宙中只有一个永恒的存在，像一个充实的
固体物理学
第一讲绪论
• 一：固体物理学 • 二：发展史 • 三：当前研究的热点和前沿 • 四：本课程的主要讲解内容 • 五、参考书籍
一：固体物理学
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。
融汇了力学、热力学与统计物理学、电动力学、量子力学和晶体学等多学科的知识。

固体物理学--ppt课件

22
简立方（Simple Cubic，简称 SC ）
三个基矢等长并且互相垂直。
a3 a
a2
原胞与晶胞相同。 a1
a1 ai a 2 aj a3 ak
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23
体心立方(Body
问题一
Centered
Cub8ic以1, 体B1心C原C2子个)为原顶子
点，分8别向三个顶角
体心立方晶胞中含有几个原子？原子引基矢。
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11
固体物理学原胞（原胞）特点：
只反映晶格周期性特征体积最小的周期性重复单元结点必为顶点，边长等于该方向周期的平行六
面体六面体内部和面上皆不含其他的结点
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12
结晶学原胞（晶胞）的特点：
除反映晶体周期性特征外，还反映其特有的对称性；
不一定是最小的重复单元；结点不仅在顶角上，还可在体心或面心；原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴
任何基元中相应原子周围的情况相同，但每个基元中各原子周围情况不同。
c 基元
b a
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10
3、晶格、原胞
晶格：通过点阵中的结点，做许多平行的直线族和平行的晶面族，点阵就成为一些网格，即晶格。
原胞：用来反映晶体周期性（及对称性）特征的六面体单元，有：
固体物理学原胞结晶学原胞
问题二
体心立方原胞如何选取？
问题三
原胞的基a1矢 a形2 式 a？3
1 2
a3
问题原四胞体a1积 a？2 (i
j
k)
a2
a 2
(i
j
k)
a3
a 2
(i
j
k)
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固体物理学精品PPT课件

பைடு நூலகம்
4.最小内能性
由同一种化学成分构成的物质，在不同的条件下可以呈现不同的物相，其相应的结合能或系统的内能也必不相同。
但是，在相同的热力学条件下，在具有相同化学成分物质的各种物态——气体、液体、非晶体、晶体中，以晶体的内能最小，这个结论称为晶体的最小内能性。
对于固体物质，由于晶体内能比非晶体内能小，所以非晶体具有自发地向晶体转变的趋势；反之，晶体不可能自发地转变为其它的物态形式。
在单晶体内部，原子都是规则地排列的。
* 多晶体( Multiple Crystal )
由许多小单晶(晶粒)构成的晶体，称为多晶体。多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。
晶面的大小和形状受晶体生长条件的影响，它们不是晶体品种的特征因素。
例如，岩盐（氯化钠）晶体的外形可以是立方体或八面体，也可能是立方和八面的混合体，如图所示。
有些晶体的解理性不明显，例如，金属晶体等。
晶体解理性在某些加工工艺中具有重要的意义，例如，在划分晶体管管芯时，利用半导体晶体的解理性可使管芯具有平整的边缘和防止无规则的断裂发生，以保证成品率。
3.晶面角守恒定律
发育良好的单晶体，外形上最显著的特征是晶面有规则地配置。一个理想完整的晶体，相应的晶面具有相同的面积。晶体外形上的这种规则性，是晶体内部分子或原子之间有序排列的反映。
晶格振动是晶体的特性之一。
§1.2 晶体的周期性
一、空间点阵学说 1.空间点阵
为了描述晶体结构的周期性，布拉菲在1848年提出空间点阵学说，从而奠定了晶体结构几何理论的基础。
按照空间点阵学说，晶体内部结构是由一些相同的点子在空间规则地作周期性无限分布所构成的系统，这些点子的总体称为点阵。

固体物理绪论ppt课件

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
六、固体物理学领域的一些重要进展 1. 人造材料、超晶格半导体、MBE、CVO等 2. 量子霍尔效应：电势差按量子变化而非连续变化 3. 降维效应：三维→二维→一维→零维（量子点） 4. 电荷密度波、自旋密度波 5. 无序：等效介质+微扰 6. 混合原子价 7. 3He的超流相（低温下流动无阻力） 8. 重整化群的方法（处理多体问题、相变、临界点等）
23. 生物物理（蛋白质、DNA等） 24. 软凝聚态物质（生物体、胶体、各种细小颗粒、沙堆
模型等） 25. 纳米材料 26. Bose-Einstein凝聚
……
《固体物理学》参考书目
1.《固体物理学》 —— 黄昆韩汝琪，高等教育出版社
2. 《Introduction to Solid State Physics》Seventh Edition —— CHARLES KITTEKL, John Wiley
—— 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
—— 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
程序）（急冷方式获得）
16. 细小体系、团簇、C60、介观物理 17. 有机导体、高分子材料（具有掺杂导电性） 18. 非线性、非平衡、孤子、突变、湍流 19. 量子计算机，由量子态控制（传统计算机由0、1控制） 20. 超硬材料，如导电性极强的金刚石半导体，性能稳定、

固体物理课件ppt完全版_图文

一、简单立方晶格（SC格子） 1·配位数：每个原子的上下左右前后各有一个最近邻
原子 — 配位数为6
2·堆积方式：最简单的原子球规则排列形式 — 没有实际的晶体具有此种结构
简单立方晶格堆积方式
简单立方晶格典型单元
3·原胞： SC格子的立方单元是最小的周期性单元 — 选取其本身为原胞
4·晶格的三个基矢：
③
∵面上原子密度大，对X 射线的散射强
∴简单的晶面族，在 X 射线的散射中，常被选做衍射面
金刚石晶格中双层密排面
第四节倒格子
晶格的周期性描写方式: 正格子
※ 坐标空间（空间）的布拉伐格子表示 ※ 波矢空间（空间）的倒格子表示
Reason?
∵晶体中原子和电子的运动状态，以及各种微观粒子的相互作用 → 都是在波矢空间进行描写的晶格振动形成的格波，X 射线衍射均用波矢来表征
晶
列
1· 晶列：在布拉伐格子中，所有格点可以分列在一
系列相互平行的直线系上，这些直线系称
为晶列
2· 晶向：同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向
3·晶向指数: 若从一个原子沿晶向到最近的原子的
位移矢量为
，则用
标志晶向，称为晶向指数
同一晶向族的各晶向
4· 晶面：布拉伐格子的格点还可以看成分列在平行等距的平面系上，这样的平面称为晶面。
倒易点阵本质
如果把晶体点阵本身理解为周期函数，则倒易点阵就是晶体点阵的傅立叶变换，所以倒
易点阵也是晶体结构周期性的数学抽象，只
是在不同空间(波矢空间)来反映,其所以要变换到波矢空间是由于研究周期性结构中波动过程的需要。
一个三维周期性函数u(r)（周期为T=n1a1+ n2a2+ n3a3）

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*Born和Karman 1912首次采用周期性边界条件处理了三维晶格振动问题，建立了晶格动力学理论。
Sommerfeld 1928 采用Fermi统计，用量子论的观点修正了经典电子论。
*Bloch 1928 近似求解周期势场中的Schrödinger方程，引入了能带的概念。Wilson 1931利用能带观点解释了半导体的导电现象，提出了空穴的概念。Brillouin , Seitz, Slater等人相继进行研究，从而逐步完善了能带论。
20世纪初量子论，特别是量子力学的逐步建立使正确解释已经发现的关于固体性质的规律成为可能。
自此之后的几十年是创立固体理论的辉煌时期：
绪论：三、固体物理学及其发展史
*Einstein 1907 和Debye 1912，建立了-Petit 值。
固体物理正在向凝聚态物理的范畴扩展
固体
晶体
非晶体
准晶体纳米材料团簇材料超晶格
目前固体物理的研究已经从传统的晶状固体拓展到非晶固体、薄膜和细小粒子体系、以及量子流体，这一更宽的研究领域人们称之为凝聚态物理学
Solid State Physics Condensed matter Physi cs
绪论：三、固体物理学及其发展史
与此同时，* Heisenberg, *Wigner, *Mott, *朗道，夫伦克尔，佩尔斯，*肖特基，*范弗莱克等当时一流的理论物理学家都曾投入到固体理论的研究中并取得了丰富的成果。
赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书, 标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论的第一个范式。（建立在对晶体认识的基础上）
绪论：三、固体物理学及其发展史
1.固体物理正在向凝聚态物理的范畴扩展。 2.固体物理的基本概念和实验技术已在非固体学科中
得到广泛应用，成为众多学科的共同财富。 3.固体物理是物质结构中最丰富的层次，因而构成了
对于人类智力的巨大挑战，60多年来的新发现不断涌现，使之对高新技术发展的推动势头不但不减，在新世纪反而变得更加突出。
第一章晶体结构与X射线衍射第二章晶体的结合第三章晶格振动和固体的热学性质第五章金属的自由电子理论第六章能带理论
固原子理论：晶体结构、晶体结合、晶格振动、体缺陷物理电子理论：经典自由电子理论、量子的自由电
子理论、能带理论
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
1. 磁性超晶格及多层膜的物理性质研究；光子晶体的磁性研究
王选章教授、付淑芳、李华、周胜老师
2. 半导体纳米材料及其应用；
复合氧化锌超晶格纳米线制备及 TFT研制
张喜田教授、高红教授
3. 光电子技术应用孙文军教授
4. 量子光学；固体发光
吕树臣教授、孟庆裕、孙江亭老师
绪论：二、固体的分类
绪论：二、固体的分类
Al65Co25Cu10合金
绪论：三、固体物理学及其发展史
1. 固体物理学
研究内容：
结构影响性质——碳家族
绪论：三、固体物理学及其发展史
碳家族
绪论：三、固体物理学及其发展史
碳原子的三种杂化形态
绪论：三、固体物理学及其发展史
2. 固体物理学发展历程
固体物理学作为一门近代科学始于20世纪初，虽然晶体学的研究有着悠久的历史，19世纪末就已经建立起了完整的对称性理论，但只是在1912年Laue发现了晶体的X射线衍射现象后，晶体结构的研究才得以证实，并从此具备了实验研究固体微观结构的条件。
固体物理学
•任课教师：牛丽
•学生： 2012级物理 2-3班 4-5班
•QQ群：341339638 哈师大物理讨论群
•教材：《固体物理学教程》胡建民
•课时：56学时
•时间：周二、周五；1-2节 3-4节
•地点： A319 A304
固体物理
1
固体物理学——绪论
一、物质的四态
绪论：一、物质的四态
绪论：二、固体的分类
Seitz F, Modern Theory of Solids, McGraw-Hill 1940
绪论：三、固体物理学及其发展史
晶格结构
晶格理论
晶格动力学晶格热力学
理想晶格
固体物
电子理论
实际晶格理论能带理论金属中的自由电子气
理
功函数、接触电势等
输运理论：电子与晶格的相互作用
固体物理分论半导体、磁学、超导、非线性光学
5. 光学材料非线性研究励强华教授
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
6. 热电材料研究胡建民教授、曲秀荣老师 7. 非晶和液体性质的研究孙民华教授 8. 半导体光电子材料；光催化研究李林、徐玲玲老师 9. 半导体材料电子结构、输运性质的第一性原理计算
尹海涛教授、牛丽老师
绪论：五、本课程的主要内容

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