固体物理(第2课)常见晶格结构
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晶体结构一、晶体、准晶体和非晶体材料结构特征与差别(1)晶体结构:整个晶体是一个完整的单一结构,即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列,或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成,整个晶体中质点在空间的排列为长程有序,且具有各向异性。
(2)准晶体结构:既不同于晶体,也不同于非晶态,原子分布不具有平移对称性,但仍有一定的规则,且呈长程的取向性有序分布,可认为是一种准周期性排列。
一位准晶:原子有二维是周期分布的,一维是准晶周期分布。
一维准晶模型————菲博纳奇(fibonacci)序列。
其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段)的规律增长,若以L为起始项,则会发现学列中L可以成双或成单出现,而S 只能成单出现,序列的任意项均为前两项之和,相邻的比值逐渐逼近i,当n →∞时,i=(1+√5)/2。
二维准晶,一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。
二维空间的彭罗斯拼图由内,角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成,能够无缝隙无交叠地排满二维平面。
这种拼图没有平移对称性,但是具有长程的有序结构,并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。
三维准晶,原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶,立方准晶。
准晶体质点在空间排列为长程取向,没有长程平移周期性。
(3)非晶体结构:非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。
外形为无规则形状的固体。
非晶体具有各向同性,非晶体无固定的熔点,它的熔化过程中温度随加热不断升高。
二、原胞、基矢的概念,晶面晶向的表示,对称性和点阵基本类型(1)原胞与基矢:能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元,最小的周期重复单元称作点阵的原胞。
以原胞的边长为点阵基矢构成平移矢量为基矢。
任意格矢为R=m1a1+m2a2+m3a3,定义表明,晶体在不同方向上,晶体的物理性质不同,也表明点阵是无限大的。
固体物理学中的晶格结构研究随着现代科学技术的不断发展,物质的结构成为人们研究的重点之一。
当我们谈论固体时,一定会涉及到晶格结构这一概念。
晶格结构是指固体中原子间排列建立的几何构型,也是固体的内部结构。
晶格结构与物质的许多性质有密切联系,因此对晶格结构的研究是固体物理学研究中不可忽视的重要课题。
一、固体物理学中的晶格结构固体物理学涉及到物质的基本特性和性质间的相互作用,研究物质在固态下的结构、力学和电学等性质,其中包括晶体学、X 射线衍射、热力学等多个方面。
晶体学是固体物理学中的一个分支,主要研究物质在固态下的晶体结构、晶体造型、晶格对物质性质的影响等问题,对材料科学、地质学等领域有着广泛的应用价值。
二、晶格结构的种类晶格结构根据不同的内部排列构型可以分为各种不同的晶体结构,常见的晶体结构有立方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、四方晶系、六方晶系等等,每种晶体结构都有其独特的内部构型和特征。
以立方晶系为例,其晶格结构具有体心立方晶格、面心立方晶格和简单立方晶格等三种类型,这些晶格具有高度对称性,碰撞导致的能量损失极小,这是其分子运动的基本物理特征之一。
三、晶格结构的研究方法晶体结构的研究离不开X射线衍射技术。
X射线衍射技术利用X射线与物质的相互作用规律进行精细研究,该技术已成为了探测物质晶格结构的重要方法。
利用X射线衍射技术可以通过样品的逐点扫描和比对实验数据,得出晶格参数和原子间距等构型参数,这些参数对于完整描述晶格结构和物质性质有着重要的作用。
除此之外,计算机模拟技术和傅里叶变换技术也是晶格研究中常用的实验方法。
四、晶格结构对材料性质的影响晶格结构对物质性质的影响十分重要,不同的晶体结构会对材料的物理和化学性质产生明显的影响。
晶格结构影响分子的各种之间的相互作用,包括分子内部的分子力、分子间的范德华力、氢键、离子力等等,这些力量对材料的稳定性和物理性质都有极大的影响。
例如,TlBrO晶体属于三斜晶系,相较于其它的晶体结构,其内部构型更为离散。
固体物理学中的晶格结构与动力学固体物理学是研究固体物质的性质和行为的科学分支,其中晶格结构与动力学是其核心内容。
晶格结构是指固体物质中原子、分子或离子的排列规律,而动力学则是研究固体物质中原子、分子或离子的运动行为。
一、晶格结构的基本概念晶格结构是固体物理学中的重要概念之一,它描述了晶体中原子、分子或离子的周期性排列。
晶体可以看作是由一组重复单元构成的。
这个重复单元称为晶胞,通过晶胞的重复堆积可以得到整个晶体的结构。
晶格结构的种类很多,最常见的是立方晶格,它是以立方形状的晶胞为基础构建的。
此外,还有六方晶格、正交晶格、四方晶格等。
晶格结构不仅仅是一种几何排列的描述,它还涉及到原子间的相互作用。
原子间的结合方式决定了晶体的性质,例如金属的导电性、晶体的硬度等。
二、晶格动力学的研究对象晶格动力学研究的是晶体中原子、分子或离子的运动行为。
在固体中,原子、分子或离子的振动是晶格动力学的主要研究对象。
晶格振动可以分为两种类型:声子振动和局域振动。
声子振动是晶格中原子、分子或离子的协同振动,也可以看作是固体中的一种波动现象。
而局域振动则是指晶格中某个特定原子、分子或离子的振动。
晶格动力学的研究对于了解固体物质的热性质、声学性质等方面具有重要意义。
通过研究晶格振动的频率和模式,可以揭示晶格的能量传递机制、热导率等特性。
三、晶格结构与动力学的相互关系晶格结构和动力学之间存在着密切的联系。
晶格结构决定了晶体中原子的排列方式,而原子间的排列方式又会影响晶体的振动行为。
举个例子,如果一个晶体的晶格结构发生了变化,那么晶体中原子间的相互作用也会发生改变,从而影响到晶体的振动模式和频率。
这种变化可能导致晶格振动的谱线发生移动或扩宽,通过观察这些变化,可以推断出晶体的结构发生了变化。
另外,晶格结构的不均匀性也会对晶格动力学产生影响。
当晶体中存在缺陷或杂质等不均匀性时,会引发局部的原子振动有所差异,从而影响到整体的晶格振动。