固体物理[概念整理与图像理解]

固体物理总结绪论1研究对象及内容研究固体的结构及其组成粒子间相互作用与运动规律以阐明固态物质性能和用途的学科。

2 固体物理学发展的里程碑十八世纪：阿羽依（R. J. Ha üy 法）--坚实、相同、平行六面体的“基石”有规则重复堆积.十九世纪：布喇菲(A.Bravais法)--空间点阵学晶体周期性. 二十世纪初：X-射线衍射揭示晶体内部结构 量子理论描述晶体内部微观粒子运动过程近几十年：固体物理学→凝聚态物理：无序、尺度、维度、关联；晶体→凝聚态物质第一部分 晶体结构1 布喇菲点阵和初基矢量晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。

布喇菲点阵是平移操作112233R n a n a n a =++所联系的诸点的列阵。

布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学抽象。

点阵矢量112233R n a n a n a =++，其中，1n ，2n 和3n 均为整数，1a ，2a 和3a 是不在同一平面内的三个矢量，叫做布喇菲点阵的初基矢量，简称基矢。

初基矢量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。

布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵，无论从这个列阵中的哪个点去观察，周围点的分布和排列方位都是完全相同的。

对一个给定的布喇菲点阵，初级矢量可以有多种取法。

2 初基晶胞(原胞)初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。

初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵的一个阵点。

对于一个给定的布喇菲点阵，初基晶胞的选取方式可以不只一种，但不论初基晶胞的形状如何，初基晶胞的体积是唯一的，()123c V a a a =⋅⨯。

3 惯用晶胞(单胞)惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。

惯用晶胞可以是初基的或非初基的。

惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍，c V nV =。

其中，n 是惯用晶胞所包含的阵点数。

确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。

4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞，它是某一阵点与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。

固体物理总结绪论1研究对象及内容研究固体的结构及其组成粒子间相互作用与运动规律以阐明固态物质性能和用途的学科。

2 固体物理学发展的里程碑十八世纪：阿羽依（R. J. Ha üy 法）--坚实、相同、平行六面体的“基石”有规则重复堆积.十九世纪：布喇菲(A.Bravais 法)--空间点阵学 晶体周期性.二十世纪初：X-射线衍射 揭示晶体内部结构量子理论 描述晶体内部微观粒子运动过程近几十年：固体物理学→凝聚态物理：无序、尺度、维度、关联；晶体→凝聚态物质第一部分 晶体结构1 布喇菲点阵和初基矢量晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。

布喇菲点阵是平移操作112233R n a n a n a =++所联系的诸点的列阵。

布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学抽象。

点阵矢量112233R n a n a n a =++，其中，1n ，2n 和3n 均为整数，1a ，2a 和3a 是不在同一平面内的三个矢量，叫做布喇菲点阵的初基矢量，简称基矢。

初基矢量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。

布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵，无论从这个列阵中的哪个点去观察，周围点的分布和排列方位都是完全相同的。

对一个给定的布喇菲点阵，初级矢量可以有多种取法。

2 初基晶胞(原胞)初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。

初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵的一个阵点。

对于一个给定的布喇菲点阵，初基晶胞的选取方式可以不只一种，但不论初基晶胞的形状如何，初基晶胞的体积是唯一的，()123c V a a a =⋅⨯。

3 惯用晶胞(单胞)惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。

惯用晶胞可以是初基的或非初基的。

惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍，c V nV =。

其中，n 是惯用晶胞所包含的阵点数。

确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。

4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞，它是某一阵点与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。

对《固体物理学》的初步认识固体物理学研究的对象固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。

固体的内部结构和运动形式很复杂，这方面的研究是从晶体开始的，因为晶体的内部结构简单，而且具有明显的规律性，较易研究。

以后进一步研究一切处于凝聚状态的物体的内部结构、内部运动以及它们和宏观物理性质的关系。

这类研究统称为凝聚态物理学。

由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。

同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。

固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。

其经济影响和社会影响是革命性的。

这种影响甚至在日常生活中也处处可见。

固体的一些性质固体磁性是一个有很久历史的研究领域。

抗磁性是物质的通性，来源于在磁场中电子的轨道运动的变化。

从20世纪初至30年代，经过许多学者努力建立了抗磁性的基本理论。

范扶累克在1932年证明在某些抗磁分子中会出现顺磁性；朗道在1930年证明导体中传导电子的非局域的轨道运动也产生抗磁性，这是量子的效应；居里在1895年测定了顺磁体磁化率的温度关系，朗之万在1905年给出顺磁性的经典统计理论，得出居里定律。

顺磁性的量子理论连同大量的实验研究，导致顺磁盐绝热去磁致冷技术出现，电子顺磁共振技术和微波激射放大器的发明，以及固体波谱学的建立。

固体的相变晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。

处于不同形式点阵的晶体，虽然化学成分相同，物理性质却可能不同。

不同的点阵形式具有不同的能量：在低温时，点阵处于能量最低的形式；当晶体的内部能量增高，温度升高到一定数值，点阵就会转变到能量较高的形式。

固体物理知识点总结1. 固体的结构固体的结构是固体物理研究的重要内容之一。

固体的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两类。

晶体是指固体物质中原子、离子或分子按照一定规则有序排列的结构，具有长程有序性。

晶体的周期性结构使其具有一些特殊的性质，如晶格常数和晶胞结构等。

晶体的结构可以根据晶体的对称性将晶系分为七类：三斜晶系、单斜晶系、单轴晶系、三方晶系、四方晶系、立方晶系和六方晶系。

非晶体是指固体中原子、离子或分子无序排列的结构，没有明显的周期性，具有短程有序性。

2. 固体的热力学性质固体的热力学性质是指固体在温度、压力等条件下的热力学行为。

其中包括固体的热容、热导率、热膨胀系数等热力学性质。

固体的热容是指单位质量的固体物质吸收或释放的热量与温度变化之间的关系。

固体的热导率是指单位时间内，单位面积和单位温度梯度下热量的传导速率。

固体的热膨胀系数是指单位体积的固体物质在温度变化时体积的变化与温度变化之间的关系。

3. 固体的光学性质固体的光学性质是指固体对光的吸收、散射和折射等性质。

固体的光学性质与其结构和原子（分子）的能级结构有关。

固体物质中的原子和分子会吸收特定波长的光子，产生特定的光谱线。

固体的折射率是指光在固体中传播时的光线偏折情况，也称为光线传播速度与真空中的光速之比。

4. 固体的电学性质固体的电学性质包括固体的导电性、介电常数、电阻率等。

固体的导电性是指固体对电流的导通能力。

固体的介电常数是指固体在外电场作用下的电极化程度。

固体的电阻率是指固体对电流的阻碍程度。

5. 固体的磁学性质固体的磁学性质是指固体在外磁场下的磁化行为。

固体物质中的原子和分子会在外磁场下产生磁化。

固体的磁学性质与其结构和原子（分子）的磁矩分布有关。

固体的磁化率是指固体在外磁场下的磁化程度。

固体物理是物理学中一个重要而广泛的研究领域，涉及的内容十分丰富和复杂。

本文仅对固体物理的基本知识点进行了简要的介绍和总结，希望能够为读者的学习和研究提供一些帮助。

《固体物理》基本概念和知识点第一章基本概念和知识点1)什么是晶体、非晶体和多晶？(□)□晶面有规则、对称配置的固体，具有长程有序特点的固体称为晶体；在凝结过程屮不经过结晶(即有序化)的阶段，原子的排列为长程无序的固体称为非晶体。

由许许多多个大小在微米量级的晶粒组成的固体，称为多晶。

2)什么是原胞和晶胞？(0)□原胞是最小的晶格重复单元，不考虑对称性，原胞只包含1个原子；从对称性的角度，选取几倍于原胞大小的重复单元，称为品胞，一个品胞中有大于2个以上的原子。

3)晶体共有几种晶系和布喇菲格子？(□)□按结构划分，晶体可分为7大晶系，共14布喇菲格子。

4)立方晶系有几种布喇菲格子？画出相应的格子。

(□)□立方晶系有简单立方、体心立方和面心立方三种布喇菲格子。

5)什么是简单晶格和复式格子？分别举3个简单晶格和复式晶格的例子。

(□)0简单晶格中，一个原胞只包含一个原子，所有的原子在儿何位置和化学性质上是完全等价的。

复式格子则包含两种或两种以上的等价原子，不同等价原子各自构成相同的简单晶格(子晶格)，复式格子由它们的子晶格相套而成。

Au、Ag和Cu具有面心立方晶格结构，碱金属Li、Na. K为体心立方结构，它们均为简单晶格。

NaCK CsCl、ZnS以及具有金刚石结构的Si、Ge等均为复式格子。

6)钛酸顿是由几个何种简单晶格穿套形成的？(□)□ BaTiO.在立方体的项角上是锲(Ba),钛(Ti)位于体心,面心上是三组氧(0)。

三组氧(01, OIL 0111)周围的情况各不相同，整个晶格是由Ba、Ti和01、OIL 0111各自组成的简立方结构子晶格(共5个)套构而成的。

7)为什么金刚石是复式格子？金刚石原胞中有几个原子？晶胞中有几个原子？(□)□金刚石中有两种等价的C原子，即立方体中的8个顶角和6个面的中心的原子等价，体对角线1/4处的C原子等价。

金刚石结构由两套完全等价的面心立方格子穿套构成。

金刚石属于面心立方格子，原胞中有2个C原子，单胞中有8个C原子。

固体物理概念简谐近似：把晶格振动看视为平衡位置附近的微小振动，体系的势能函数只取到二阶近似。

简正模：在简谐近似下，晶格的振动是由若干独立简正振动模式组成。

单电子近似：利用哈特里-福克平均场近似将多电子问题化为单电子问题，每个电子处在其它电子或离子实的平均场中。

周期性近似：指由晶体平移对称性出发，认为单电子势场为周期场。

满带：所有状态都被电子填充的能带。

空带：没有任何电子填充的能带。

价带：指价电子所填充的最高满带。

导带：最低的空带。

带隙：价带最高能级与导带最低能级之间的能量范围。

共价结合：主要是原子用电子云重叠作用，具有饱和性和方向性。

离子性结合：就是靠离子间的库仑吸引作用。

晶格：晶体中原子排列的具体形式一般是晶格。

原胞：指一个晶格最小的周期性单元。

晶列：布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上，这些直线系统称为晶列。

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1个方向，称为晶向。

格波：晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。

原子的负电性：是用来标志原子得失电子能力的物理量； 负电性=0.18（电离能+亲和能），单位：电子伏声子：就是指格波的量子，它的能量等于q w固体的定容热容v C ：vv T E C ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=，E 是固体的平均内能。

固体热容主要有两部分贡献：一是晶格热容，二是电子热容。

K 称为简约波矢：是对应于平移操作本征值的量子数，它的物理意义是表示原胞之间电子波函数位相的变化。

朗道能级：根据量子理论，在x-y 平面内的圆周运动对应一种简谐运动能量。

晶体中电子准经典运动的两个基本关系式：dtdk F k E V k=∇=)(1 倒有效质量张量：βαk k E ∂∂∂221 费米统计分布函数：11)(/+=-T k E E B F e E f ，它直接给出能量为 E 的本征态被一个电子占据的几率。

F E 具有能量的量纲，称为费米能级，等于这个系统中电子的化学势。

固体物理概念(自己整理)第一章1.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。

晶体结构——晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。

金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。

晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。

2.晶体的通性------所有晶体具有的共通性质，如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等。

3.单晶体和多晶体-----单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终；多晶体由许多小单晶无规堆砌而成。

4.基元、格点和空间点阵------基元是晶体结构的基本单元，格点是基元的代表点，空间点阵是晶体结构中等同点（格点）的集合，其类型代表等同点的排列方式。

倒易点阵——是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵，它也是描述晶体结构的一种几何方法，它和空间点阵具有倒易关系。

倒易点心格子）。

10.密堆积和配位数-----晶体组成原子视为等径原子时所采取的最紧密堆积方式称为密堆积，晶体中只有六角密积与立方密积两种密堆积方式。

晶体中每个原子周围的最近邻原子数称为配位数。

由于晶格周期性限制，晶体中的配位数只能取：12，8，6、4、3（二维）和2（一维）。

11.晶列、晶向（指数）和等效晶列-----晶列是晶体结构中包括无数格点的直线，晶列上格点周期性重复排列，相互平行的晶列上格点排列周期相同，一簇相互平行的晶列可将晶体中所有格点包括无遗；晶向指晶列的方向，晶向指数是晶列的方向余旋的互质整数比，表为[uvw]；等效晶列是晶体结构中由对称性相联系的一组晶列，表为<uvw>。

12.晶面、晶面指数和等效晶面----晶面是晶体结构中包括无数格点的平面，相互平行的晶面的面间距相等，一簇相互平行的晶面可将晶体中所有格点包括无遗；晶面指数是晶面法线方向的方向余旋的互质整数比，表为(hkl)；等效晶面是晶体结构中由对称性相联系的一组晶面，表为{hkl}。

固体物理学的基本概念与特性固体物理学是研究固体的性质和行为的科学领域。

固体物理学基于原子、分子和晶体结构的性质研究固体的力学、电学、热学和光学等方面。

本文将介绍固体物理学的基本概念与特性。

一、固体的定义与分类固体是一种粒子高度紧密排列的物质状态。

根据固体内部粒子的排列方式，可以将固体分为晶体和非晶体两大类。

晶体具有有序的、周期性的排列结构，而非晶体则没有明确定义的重复结构。

二、晶体结构与晶格晶体的结构由晶格和晶体内部原子、分子或离子的排列方式决定。

晶格由周期性重复的结构单位（晶胞）构成。

晶体结构可以通过晶体衍射技术进行研究和确定，其中最常用的方法是X射线衍射。

三、固体物质的力学性质固体物质的力学性质包括弹性、塑性、硬度和韧性等。

弹性是固体恢复原状的能力，可以分为线弹性和体弹性。

塑性是固体在受到一定外力作用后发生永久形变的性质。

硬度是衡量固体抵抗外力侵蚀、划伤和磨损的能力。

韧性是固体抵抗断裂的能力。

四、固体物质的热学性质固体物质的热学性质主要包括热膨胀、热传导和热容等。

热膨胀是固体在受热时体积扩大的现象。

热传导是指固体中热量的传递过程，可以分为热传导、对流传热和辐射传热三种方式。

热容是固体吸热或放热时所需要的热量。

五、固体物质的电学性质固体物质的电学性质包括电导率、绝缘性和半导体性等。

电导率是固体导电能力的度量，可以分为金属导电和非金属导电。

绝缘性是指固体难以传输电流的性质。

半导体性是介于导体和绝缘体之间的性质，其导电性能可以通过控制杂质浓度来调节。

六、固体物质的光学性质固体物质的光学性质包括折射、反射、透射和散射等。

折射是光线在穿过固体界面时改变传播方向的现象。

反射是光线遇到不同介质界面时发生的光的反向传播。

透射是光线穿过固体透明介质并保持传播方向的现象。

散射是光线遇到固体物质微观结构或不均匀性时出现的随机分布现象。

七、固体物理学的应用固体物理学的研究成果在诸多领域具有广泛的应用。

在材料科学领域，固体物理学为新材料的开发和应用提供了理论基础。

固体物理学知识点总结固体物理学是物理学中的一个重要分支，它涉及到物态的变化以及固体物质中的各种物理现象。

固体物理学的研究对象是固体物质，包括晶体、多晶体、非晶体等。

本文将就固体物理学的相关知识点进行总结。

一、结晶学结晶学是研究晶体的形成、结构和性质的一门学科。

它是固体物理学的基础，对于了解其他领域的科学研究也有着重要的作用。

1. 晶体的定义：晶体是由原子、分子或离子有序排列而形成的固体。

晶体具有明确的几何形状和规则的面、棱和角，呈现六方晶系、四方晶系、正交晶系和三角晶系等多种不同的结构类型。

2. 晶体的结构：晶体结构是晶体内部的原子、离子、分子的有序排列方式。

晶体结构可以用格点、基元和晶体单元来描述。

其中，格点为表示固体结构的原点，基元是固体中的最小重复单元，晶体单元则表示晶体中最小可测量结构。

3. 晶体学定律：晶体学定律总结了晶体结构中的规律性关系，包括布拉维格子点计数定理、米勒克氏平面、勒沃伊-克瑞斯特兴霞法则等。

二、各向同性和各向异性各向同性和各向异性是固体物理学中的重要概念。

材料的各向同性或各向异性对于材料的性质和应用具有重要意义。

1. 各向同性：材料的各向同性是指材料在各个方向具有相同的物理性质。

例如，光学各向同性材料可以使光线在任何方向传播的速度都相同。

2. 各向异性：材料的各向异性是指材料在不同方向具有不同的物理性质。

例如，晶体在不同方向上的机械性质、热膨胀系数和光学性质等均不同，因此被称为各向异性材料。

三、固体物理学中的热热是固体物理学中的重要研究对象，与热有关的知识点有相当多的内容。

1. 热量与内能：热量是物体的能量从高温度向低温度传递的过程中所传递的能量。

内能则是物体自身所固有的能量。

固体物理学中，热量和内能是研究热学性质的重要概念。

2. 物态转变：物质在经历一定的温度变化时就会发生物态转变。

固体物理学中，物态转变包括固体的熔化、晶化、升华等等。

3. 热容和热传导：热容是指物体在升温过程中吸收热量与温度变化之比。

一、考试重点晶体结构、晶体结合、晶格振动、能带论的基本概念和基本理论和知识二、复习内容第一章晶体结构基本概念1、晶体分类及其特点：单晶粒子在整个固体中周期性排列非晶粒子在几个原子范围排列有序（短程有序）多晶粒子在微米尺度内有序排列形成晶粒，晶粒随机堆积准晶体粒子有序排列介于晶体和非晶体之间2、晶体的共性：解理性沿某些晶面方位容易劈裂的性质各向异性晶体的性质与方向有关旋转对称性平移对称性3、晶体平移对称性描述：基元构成实际晶体的一个最小重复结构单元格点用几何点代表基元，该几何点称为格点晶格、平移矢量基矢确定后，一个点阵可以用一个矢量表示，称为晶格平移矢量基矢元胞以一个格点为顶点，以某一方向上相邻格点的距离为该方向的周期，以三个不同方向的周期为边长，构成的最小体积平行六面体。

原胞是晶体结构的最小体积重复单元，可以平行、无交叠、无空隙地堆积构成整个晶体。

每个原胞含1个格点，原胞选择不是唯一的晶胞以一格点为原点，以晶体三个不共面对称轴（晶轴）为坐标轴，坐标轴上原点到相邻格点距离为边长，构成的平行六面体称为晶胞。

晶格常数WS元胞以一格点为中心，作该点与最邻近格点连线的中垂面，中垂面围成的多面体称为WS原胞。

WS原胞含一个格点复式格子不同原子构成的若干相同结构的简单晶格相互套构形成的晶格简单格子点阵格点的集合称为点阵布拉菲格子全同原子构成的晶体结构称为布拉菲晶格子。

4、常见晶体结构：简单立方、体心立方、面心立方、金刚石闪锌矿铅锌矿氯化铯氯化钠钙钛矿结构5、密排面将原子看成同种等大刚球，在同一平面上，一个球最多与六个球相切，形成密排面密堆积密排面按最紧密方式叠起来形成的三维结构称为密堆积。

六脚密堆积密排面按AB\AB\AB…堆积立方密堆积密排面按ABC\ABC\ABC…排列5、晶体对称性及分类：对称性的定义晶体绕某轴旋转或对某点反演后能自身重合的性质对称面对称中心旋转反演轴8种基本点对称操作14种布拉菲晶胞32种宏观对称性7个晶系6、描述晶体性质的参数：配位数晶体中一个原子周围最邻近原子个数称为配位数。