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固体物理第一章 晶体结构ppt课件

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第一章-晶体结构-《固体物理学》黄昆-韩汝琦PPT课件

第一章-晶体结构-《固体物理学》黄昆-韩汝琦PPT课件

属 导 体 学介 晶 体 导 态 态 体关
物体物
质 物 发 体 电 光 光联
理物理
物 理 光 物 子 电 谱物
理
理
理学 子
理
学
表介纳
面观米
物物物
理理理
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
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
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
Crystal Structure of YBaCuO
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
Shape of Snow Crystal
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
05 /16
Be2O3 Crystal and Glass of Be2O3
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
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
01_00_绪论 —— 固体物理_黄昆
—— 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
01_00_绪论 ——立了经典金属自由电子 论，对固体认识进入一个新的阶段
—— 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
—— 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

固体物理第一章PPT课件

固体物理第一章PPT课件
简单晶格。 复式晶格：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原
子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而 形成复式晶格。
简单晶格
复式晶格
1.2.2 原胞
在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周 期为边长形成的平行六面体作为重复单元，这个平行六面体沿
三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格，形成 晶体，这个平行六面体即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为
基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。
任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一
个基元中不同原子周围情况则不相同。
(2)晶格
(a)
(b)
(c)
晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有
规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直
线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性
也可以代表基元中任意的点子。
(a)
(b)
晶格+基元=晶体结构
2.布拉维晶格、简单晶格和复式晶格
(1)布拉维晶格
格点的总体称为布拉维晶格，这种格子的特点是每点周围 的情况完全相同。
(2)简单晶格和复式晶格
简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每 个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为
cc 金刚石结构是由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/4 的长度套构而成,其布拉维晶格为面心立方。
金刚石结构属面心立方，每个结晶学原胞包含4个格点。
金刚石结构每个固体物理学原胞
包含1个格点,基元由两个碳原子组成,
位于（000）和
1 1 1 4 4 4
处。
(b)氯化钠结构
cc
氯化钠结构由两个面心立方子晶格沿体对角线位移1/2的 长度套构而成。

固体物理 第1章 晶体结构1

固体物理 第1章 晶体结构1

图1-1-7 NaCl类晶格结构的典型单元
(2) CsCl类晶格结构 其好似体心立方晶格,只是体心和顶角是不同的离子
图1-1-8 CsCl类晶格结构的典型单元
图1-1-9 闪锌矿ZnS类晶格结构的典型单元
(3)闪锌矿ZnS类晶格结构 和金刚石类晶格结构相仿,只要在金刚石晶格立方单元的对角线位置上 放置一种原子,在面心立方位置上放置另一种原子(4:4).
�
第一章 晶体结构 固体的结构决定其宏观性质和微观机理,本章主要阐明晶体中 原子排列的几何规则性. §1-1 一些晶格的实例 晶体:组成微粒具有空间上按周期性排列的结构. 晶体: 基元:当晶体中含有多种原子,多种原子构成基本的结构单元. 基元: 格点(结点):结构中相同的位子. 格点(结点):
图1-1-1 结构中相同的位子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1, 2, 3
即任意两元胞中相对应的点的物理性质相同.我们可以用
{l1a1 + l2 a2 + l3 a3 }
表示一种空间点阵,即一组(l1,l2,l3)的取值表示格子中的一个 格点,(l1,l2,l3)所有可能的集合就表示一个空间格子.实际晶 体可以看成在上述空间格子的每个格点上放置一组基元(可为多种 原子).这个空间格子表征了晶格的周期性,称为布拉菲格子.Cu 的面心立方晶格,Si的金刚石晶格和NaCl晶格均具有相同的布拉菲 格子—面心立方格子.它们的晶格结构虽然不同但具有相似的周期 性.自然界中晶格的类型很多,但只可能有十四种布拉菲格子.
图1-1-2 结构,基元及点阵
点阵:晶体中格点的总体,又称为布拉菲点阵,布拉菲格子.这种格子的特点 点阵:
是每点周围的情况都一样. 如果晶体由完全相同的一种原子组成,则这种原子所组成的网格也就是布拉菲 格子,和结点所组成的相同. 如果晶体的基元中包含两种或两种以上的原子,则每个基元中,相应的同种原 子各构成和结点相同的网格,不过这些网格相对地有位移而形成所谓的复式格 子.显然复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套构而成. 晶格:通过点阵中所有节点的平行直线簇和平行平面簇构成的网格. 晶格: 元胞:反映晶格周期性的最小重复单元(侧重最小重复单元,每个元胞中只有 元胞: 一个格点). 晶胞(晶体学单胞):既反映晶格周期性又反映晶格的空间对称性的最小重复 晶胞(晶体学单胞): 单元(侧重空间对称性,每个元胞可能不止一个格点).

固体物理课件 第一章 晶体结构

固体物理课件 第一章 晶体结构

晶面指数（122）
a
c b
(100)
(110)
(111)

在固体物理学中，为了从本质上分析固体的性质，经常要研究晶体中的 波。根据德布罗意在1924年提出的物质波的概念，任何基本粒子都可以 看成波，也就是具备波粒二象性。这是物理学中的基本概念，在固体物 理学中也是一个贯穿始终的概念。

在研究晶体结构时，必须分析x射线（电磁波）在晶体中的传播和衍射 在解释固体热性质的晶格振动理论中，原子的振动以机械波的形式在晶 体中传播；
1 3 Ω = a1 ⋅ a 2 × a 3 = a 2
(
)

金刚石
c
c
面心立方

钙钛矿 CaTiO3 (ABO3)
Ca
O
Ti
简单立方
所有的格点都分布在相互平行的一族平面 上，且每个平面上都有格点分布，这样的 平面称为晶面，该平面组称为晶面族。
特征： (1)同一晶面族中的晶面相互平行； (2)相邻晶面之间的间距相等；（面间距是
至今为止，晶体内部结构的观测还需要依靠衍射现象来进行。
（1）X射线 -由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 早在1895年伦琴发现x射线之后不久，劳厄等在1912年就意识到X射线的 波长在0.1nm量级，与晶体中的原子间距相同，晶体中的原子如果按点阵排 列，晶体必可成为X射线的天然三维衍射光栅，会发生衍射现象。在 Friedrich和Knipping的协助下，照出了硫酸铜晶体的衍射斑，并作出了正确 的理论解释。随后,1913年布拉格父子建立了X射线衍射理论，并制造了第 一台X射线摄谱仪，建立了晶体结构研究的第一个实验分析方法，先后测定 了氯化钠、氯化钾、金刚石、石英等晶体的结构。从而历史性地一举奠定 了用X射线衍射测定晶体的原子周期性长程序结构的地位。 时至今日，X射线衍射(XRD)仍为确定晶体结构，包括只具有短程序的无 定型材料结构的重要工具。

《固体物理学》1.0晶体和宝石PPT课件

《固体物理学》1.0晶体和宝石PPT课件
《固体物理学》1.0 晶体和宝石ppt课件
目录
• 晶体和宝石概述 • 晶体结构 • 宝石的物理性质 • 晶体和宝石的合成与加工 • 晶体和宝石的市场与价值
01
晶体和宝石概述
晶体的定义与分类
定义
晶体是内部原子或分子按照一定 规律周期性排列的固体。
分类
根据晶体内部原子或分子的排列 方式，晶体可以分为离子晶体、 原子晶体、分子晶体和金属晶体 等。
造传感器和发电机。
04
晶体和宝石的合成与加工
晶体和宝石的合成方法
熔融法
将原料加热至熔融状态，然后缓慢冷却，使 晶体从熔体中析出。
气相法
在高温下将气体原料通过化学反应生成晶体。
溶液法
通过控制溶液的浓度、温度和pH值等条件， 使晶体在溶液中生长。
生物法
利用生物体的生长过程，如培养珍珠或合成 宝石晶体。
02
晶体结构
晶体结构的基本概念
晶体结构是指晶体中原子或分子的排列方式，具有周期性、对称性和空间格子等特 征。
晶体结构可以通过X射线衍射、中子衍射和电子显微镜等手段进行观察和测定。
晶体结构对晶体的物理性质和化学性质具有重要影响，是材料科学和凝聚态物理学 等领域研究的重要内容。
晶体结构的分类
根据原子或分子的排列方式和对 称性，晶体结构可以分为七大晶
03
具有历史背景和文化价值的晶体和宝石往往价值更高。
晶体和宝石的投资与收藏
投资价值
晶体和宝石作为一种资产，具有 一定的投资价值，特别是高品质、
稀有的宝石品种。
收藏价值
晶体和宝石不仅具有审美价值，还 具有收藏价值，一些珍贵的宝石品 种被视为艺术品，具有很高的收藏 价值。
投资与收藏的风险

(完整版)固体物理课件ppt完全版

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布拉伐格子 + 基元 = 晶体结构
③ 格矢量：若在布拉伐格子中取格点为原点，它至其

他格点的矢量 Rl 称为格矢量。可表示为
Rl

l1a1

l2a2

l3a3
，
a1,
a2 ,
a3为
一组基矢
注意事项：
1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的
2
4x
·
1
3
二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法 2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子
2·堆积方式：AB AB AB……，上、下两个底面为A
层，中间的三个原子为 B 层
3·原胞：
a, 1
a 2
在密排面内，互成1200角，a3
沿垂直
密排面的方向构成的菱形柱体 → 原胞
B A
六角密排晶格的堆积方式
A
a
B c
六角密排晶格结构的典型单元
a3
a1
a2
六角密排晶格结构的原胞
4·注意: A 层中的原子≠ B 层中的原子 → 复式晶格
bγ a
b a
b a
b a
简六体心底正简单三面心正单方底心单心交 立斜交斜 方 简单立方体心正交面立方简四体心四方简单正交简单菱方简单单斜单方
二 、原胞
所有晶格的共同特点 — 具有周期性（平移对称性）
描
用原胞和基矢来描述
述
方
位置坐标描述
式
1、 定义：
原胞：一个晶格最小的周期性单元，也称为固体物理 学原胞
a1, a2 , a3 为晶格基矢
复式晶格：
l1, l2 , l3 为一组整数
每个原子的位置坐标：r l1a1 l2a2 l3a3

2020全国高中物理竞赛辅导课件-固体物理学-第一章 晶体结构(共68张PPT)

2020全国高中物理竞赛辅导课件-固体物理学-第一章 晶体结构(共68张PPT)

1或i
2或m
3 = 3+i
4
6 = 3+m
5）旋转—反映 （复合对称要素）
S1或CS (m)
S2或Ci (i)
S3=C3+CS
S4
S6=C3+Ci
• 描述晶体宏观对称性的独立对称要素只有8个：
C1 (1)、C2 (2)、C3 (3)、C4 (4)、C6 (6)、 Ci (i)、 CS (m)和 S4(4)
2020高中物理竞赛 固体物理学
贵州大学版
第一章 晶体结构
1.1 晶体的周期结构
• 点阵和基元 • 原胞的基矢 • 晶胞 • 维格纳-赛茨原胞
1.1 晶体的周期结构
• 晶体：内部组成粒子（原子、离子或原子 团）在微观上作有规则的周期性重复排列 构成的固体。
• 非晶体：组成固体的粒子在空间的排列只 有短程序，但无长程周期性
形其成 平， 移每 关个 系晶 为胞： 中有8个离T子 ：RC4l (个fcc)Cl-和a2 RNNaa+(，fcc)
T
RCl
1 2 T[111]RNa ( fcc)
3. 金刚石结构
0
1 2
0
3
1
4
4
1
1
2
0
2
1
3
4
4
0
1 2
0
• 金刚石结构是由同种原子组成的复式格子，位 于立方体顶角及面心的原子与位于立方体内部
• 原胞基矢：
a1 a2
a 2 a 2
( j k)Βιβλιοθήκη (k i)a3a 2
(i
j)
• 格点坐标：
0,0,0;
0,
1 2

晶体结构PPT教学课件

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1
2
3Байду номын сангаас
4
5
想一想，谈一谈：
1、哪些支出是合理的？哪些支出 是不合理的？
2、养成有计划消费的习惯有什么 好处？
读一读，谈一谈。 1、劳动光荣，懒惰可耻。---中华传统美德
2、劳动创造了人本身。 ---马克思 3、劳动是一切有劳动能力的公民的光 荣职责……国家提倡公民从事义务劳动
---《中华人民共和国宪法》
诺贝尔奖获得者认为终生所学到的最主要的东 西，是幼儿园老师给他们培养的良好习惯。那 么，现在的我们，都已经养成了哪些习惯呢？
昨日的习惯，已经造 就了今日的我们；今日的 习惯，决定明天的我们。
好习惯，益终生！
中学生应该拥有以下几方面的良 好习惯：
• 有计保划消持费的自习惯己的、
• 勤于劳动的习惯
• 节约时学间的习习惯别人的 好习惯 • 卫生习惯
晶体结构
第一课时
一：晶体的定义：
而经过结晶过程形成 的具有规则的具有规 则几何外形的固体。 特征：1规则几何外形
2 固定的熔沸点
二 晶体分类：
（1）离子晶体
（2）分子晶体 （3）原子晶体 （4）金属晶体
Cl-
Na+
氯化钠的晶 胞中Na+位 于正方体的 顶点和面心， 氯离子位于 正方体的棱 上和体心
4 在NaCl晶体中与每个Na+距离等 同且最近的几个Cl-所围成的空 间几何构型为 ( ) A.正四面体 B.正六面体 C.正八面体 D.正十二面体
答案 C
常见的NaCl型离子晶体有碱金 属元素（铯除外）的卤化物、 银的卤化物（碘化银除外）、 碱土金属元素（铍除外）的氧 化物、硫化物和硒化
-----威廉·詹姆士
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3）用原点表示原子的位置，即得 到体心立方格子
配位. 数为8
体心立方晶格中，A层中原子球的距离等于A-A
层间的距离，由此可计算出Ａ层原子球的间隙
Ａ层
2 r 0 2 2 r 0 2 2 r 0 2 4 r 0 2
Ｂ层
V 0.31r0 r0为原子球半径
Ａ层
Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等金属为 典型的具有体心立方晶格的金属
准晶体：无周期平移不变性但有某些取向旋转对称性
1984年Shechtman等用快速冷却方法制备 AlMn合金，经对电子衍射谱分析，发现有 五重对称（旋转2/5）的衍射斑点分布的存 在，导致一种新的有序相准晶 (quasicrystal)的发现。
以后不作特别说明，所说“晶体. ”指“完整的单晶体或理想晶体。
二、 晶体的外形特征
晶体最显著的特征是晶面有规则、对称地配置。
一个理想完整的晶体，相应的晶面的面积相等。 外形的对称性是晶体内部粒子间有序排列的反映
三、 晶体的解理性
指的是晶体具有沿某些确 定方位的晶面劈裂的性质
相应的晶面称为晶体的解理面，显露在 晶体外面的晶面往往是一些解理面。
晶体容易沿解理面劈裂，说明平行于解理面的原子层之 间的结合力弱，意味着平行解理面的原子层的间距大。
例如：La2-xBaxCuO4
// =
H // c2
?
H
c2
.
§1.2 配位数和密堆积
原子在晶体中的平衡位置，排列应该采取尽可能的 紧密方式，相应于结合能最低的位置，见下章
把原子看成一个个小球，看这些小球如何堆积， 不同的堆积方式，可以得到不同的晶体结构。
六角密积结构
CeCl型结构
.
NaCl型结构 层状结构
晶体 非晶体 三大类 准晶体
晶体：至少在微米级范围粒子按一定规则周
期有序排列（长程有序）形成的固体
组 成 Be2O3 晶 体 的 粒子在空间的排列
具有“平移对称＋旋转对称性”的特
具有周期性，是长 程有序的。
点
单晶：整块固体中粒子均是规则、周期排列。
多晶：由大量微小单晶粒组成。每个晶粒内粒子规
则排列，而各个晶粒间粒子排列取向不同。 .
四面体结构 链状结构
.
一个原子周围最近邻的原子数，称为配位数 可以被用来描述晶体中粒子排列的紧密程度 晶体结构中最大配位数是 12 ，以下依次是8 、6、4、3、2 密堆积——晶体内全同原子小圆球最紧密的堆积。 密堆积配位数为12，堆积方式有两种方式：立方和六角密积
.
在实际的由同种元素构成的晶体中，如果无特殊要求，晶 体的配位数都很高，其中六角密积占31％，立方密积占26 ％，说明晶体一般是按最紧密的方式堆积的。
3）用原点表示原子的位置， 即得到简单立方格子
. 配位数为6
原子层 原子层 原子层
2、 体心立方
1）原子球按正方形式铺开形成一原 子层，计为Ａ原子层，类似排列形成 另一原子层，计为Ｂ原子层
2）将B层原子放在Ａ层四个原子的 间隙里，第二层的每个球和第一层的 四个球紧密相切，如图，按AB AB AB ….次序沿垂直于层面方向叠加起 来就得到体心立方。体心立方原胞如 图所示
2）类似排列形成另一原子层，计为的3个空 隙里，B层每个球和A层三个球紧密 相切，如图。
非晶体：在微米级范围内粒子无 序排列（长程无序）形成的固体
非晶态固体又叫做过冷液体，它们 在凝结过程中不经过结晶（即有序 化）的阶段，非晶体中粒子与粒子 的结合是无规则的
Be2O3玻璃中的粒子只有近邻的范围 内粒子间保持着一定的短程有序，但 隔开三、四个粒子后就不再保持这种 关系，由于键角键长的畸变破坏了长 程序，形成无规则网络。
第一章 晶体结构
§1.1 晶体特征
晶体的结构特征及其描述
§1.2 配位数和密堆积
§1.3 一些晶体的实例
§1.4 空间点阵
§1.5 晶格周期性的描述
§1.6 典型晶体结构的原胞和晶胞 §1.7 晶向 晶面及标记
§1.8 晶体宏观对称性及其对称操作
§1.9 七大晶系 14种原胞
.
§1.1 晶体特征
一、 内部结构特征 按内部结构特点可分为
Fe体心立方晶格结构
.
3、 面心立方
面心立方晶体的原胞和简单立方相似， 所不同的是，除立方体顶角上有原子外， 在立方体的六个面的中心还有六个原子。
用原点表示原子的位置，即得到面 心立方格子
贵金属（如Cu、Al、Ni等）具有面心 立方结构。
配位数为12
.
4、 六角密积结构
1）原子球平铺在平面上，任意一个球 都与六个球相切，每三个相切的球的中 心构成一等边三角形，且每个球的周围 有六个空隙，这样构成一原子层，计为 Ａ原子层。
晶面往往组合成晶带，如图中的a-1-c-2
晶带由若干个晶面组成，相邻晶面的交线称为晶棱， 晶带的特点是所有的晶棱相互平行，其共同的方向称 为晶带的带轴，通常所说的晶.轴是重要的带轴。
四、 晶体品种的特征因素
晶体外形中，只受内在结构决定 而不受外界条件影响的因素称为 晶体品种的特征因素。
a) 晶体的大小和形状不是晶体品种的特征因素
由于外界条件和偶然情况不同，同一类型的晶体，其外形不 理 尽相同。图是理想石英晶体和一种人造的石英晶体的外形。 想
可以看到，由于外界条件的差异，晶体中某组晶面可以相 的
对地变小、甚至消失。所以，晶体中晶面的大小和形状并 不是表征晶体类型的固有特征。
石 英
b) 晶面间的夹角是晶体品种的特征因素
晶
属于同一品种的晶体，无论其外形如何，两 体
个对应的晶面间夹角恒定不变，称为面角守
恒定律
例如：石英晶体的m与m两面夹角为60o0’ m与R面之间的夹 角为38o13’，m与r面的夹角为38o13’ 等。
.
人造的石英晶体
五、 晶体其它特征
1) 晶体有确定的熔点 熔点是指晶态固体的长称有序解体时所对应的温度
例如：冰 0℃ NaCl 800℃
2) 物理性质的各向异性
如果晶体由两种或两种 以上的元素组成，即组 成晶体的原子小球大小 不等，则不可能有密堆 积结构，这时的配位数 小于12。
CeCl型结构
.
配位数为8
§1.3 一些晶体的实例 1、 简单立方
1）将原子球在一个平面内 按正方排列形成原子层
2）将原子层按图所示沿垂 直层面方向叠加起来就得到 简单立方结构，其最小的重 复结构单元（原胞）如图