固体物理晶体缺陷研究共23页

固体物理中的晶体缺陷在固体物理研究中，晶体缺陷是一个非常重要的课题。

晶体是由周期性排列的原子、分子或离子构成的固体，而晶体缺陷则是指晶体中的缺陷点、线和面。

这些缺陷对于晶体的性质和行为产生了显著的影响。

本文将从晶体缺陷的分类、形成机制以及对物性的影响等方面进行探讨。

一、晶体缺陷的分类晶体缺陷根据其维度可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷是指晶体中存在的原子位置的空位（vacancy）和替位（substitution）缺陷。

线缺陷包括位错（dislocation）、脆性裂纹（brittle fracture）、折叠失配（folding fault）等。

面缺陷主要是晶界（grain boundary）、孪晶（twin boundary）和表面（surface）等。

二、晶体缺陷的形成机制晶体缺陷的形成机制多种多样。

其中，点缺陷的形成主要包括热激活、辐射效应、化学效应等。

线缺陷的形成可以通过应力场的作用和晶体生长过程中的失配等方式。

而面缺陷的形成则与晶体生长过程中的界面结构和生长条件等有关。

三、晶体缺陷对物性的影响晶体缺陷对物性的影响是多方面的。

首先，点缺陷会降低晶体的密度和导致电子、离子、空穴和电子空穴对的迁移，从而影响晶体的电导率。

其次，线缺陷会导致晶体的力学性能发生变化，影响其强度、塑性和断裂行为。

此外，面缺陷会引起界面的能量变化，影响晶体的界面迁移和晶粒生长等过程。

晶体缺陷还对光学性质、磁性和热导率等方面有影响。

四、应用和研究进展晶体缺陷的研究不仅对于基础科学的发展具有重要意义，而且在材料科学、电子器件、能源领域等方面也有广泛的应用前景。

例如，通过控制晶体缺陷可以改善材料的导电性能、光学性能和力学强度，从而提高材料的性能。

近年来，一些新型晶体缺陷的发现和调控方法的研究也取得了重要进展，为材料设计和制备提供了新的思路。

总结起来，固体物理中的晶体缺陷是一个复杂而又引人注目的研究领域。

通过对晶体缺陷的分类、形成机制以及对物性的影响的研究，我们可以更好地理解晶体的性质和行为，并为材料科学和其他相关领域的发展提供重要参考。

固体物理中的晶体缺陷学院：化学化工与生物工程学院班级：生物1301学号： 131030114姓名：李丹丹固体物理中的晶体缺陷1.国内外进展及研究意义1.1 国内外对晶体缺陷的研究现状和发展动态19世纪中叶布拉非发展了空间点阵，概括了点阵周期性的特征，1912年劳厄的晶体X 射线衍射实验成功后，证实了晶体中原子作规则排列，从理想晶体结构出发，人们发展了离子晶体的点阵理论和金属的电子理论，成功的计算了离子晶体的结合能，对于金属晶体的原子键能也有了初步了了解，并很好的解释了金属的电学性质。

随后人们又认识到了晶体中原子并非静止排列，它在晶体中的平衡阵点位置作震动，甚至在绝对零度也不是凝固不动的，即还有所谓零点能的作用，从这个理论出发建立了点阵震动理论，从而建立了固体的比热理论。

在20世纪20年代以后人们就发现晶体的许多性质很难用理想晶体结构来解释，提出晶体中有许多原子可能偏离规则排列，即存在有缺陷，并企图用此来解释许多用理想晶体结构无法解释的晶体性质。

W.Schottky为了解释离子晶体的电介电导率问题，提出在晶体中可能由于热起伏而产生填隙离子和空位，而且发现食盐的电介导电率与这些缺陷的数目有关。

随后为了解决晶体屈服强度的实验数据值与理论估计之间的巨大差别，又引进了位错这一晶体缺陷。

今年来人们对晶体中各种缺陷有了更深刻的认识，建立了晶体缺陷理论。

理想晶体在实际中并不存在。

实际晶体或多或少存在各种杂质和缺陷。

国内外学者通过使用显微镜的对物质性能与缺陷的关系研究得相当多，也在一定意义上取得了可喜的进展。

1.2 晶体缺陷的研究意义在晶体的生长及形成过程中，由于温度、压力、介质组分浓度等外界环境中各种复杂因素变化及质点热运动或受应力作用等其他条件的不同程度的影响会使粒子的排列并不完整和规则，可能存在空位、间隙粒子、位错、镶嵌结构等而偏离完整周期性点阵结构，形成偏离理想晶体结构的区域，我们称这样的区域为晶体缺陷，它们可以在晶格内迁移，以至消失，同时也可产生新的晶体缺陷。

浅谈固体物理中的晶体缺陷20074051024 刘珊珊实际晶体或多或少存在各种杂质和缺陷。

依照传统的分类有：点缺陷、线缺陷（见位错）和面缺陷。

它们对固体的物性以及功能材料的技术性能都起重要的作用。

半导体的电学、发光学等性质依赖于其中的杂质和缺陷。

大规模集成电路的工艺中控制(和利用)杂质和缺陷是极为重要的。

目前人们感兴趣的有深能级杂质、发光中心机理、无辐射跃迁的微观过程等。

H.A.贝特在1929年用群论方法分析晶体中杂质离子的电子能级的分裂，开辟了晶体场的新领域。

数十年来在这领域积累了大量的研究成果，为顺磁共振技术、微波激射放大器、固体激光器的出现准备了基础。

金属中的杂质对其物理性质有广泛的影响。

最为突出的是磁性杂质对金属低温下物性的影响，这个现象称为近藤效应，因为近藤淳在1946年首先提出说明这现象的理论。

磁杂质对超导体的性质有显著影响，会降低其临界温度。

在特殊物质（例如,LaAl2、CoAl2）中,近藤杂质可使这合金在温度T吤进入超导电状态又于T扖离开这个状态。

此外,离子晶体中的缺陷对色心现象和电导过程占有决定性的地位。

Я.И.夫伦克耳对金属强度的理论值作了估计，远大于实际的强度，这促使人们去设想金属中存在某种容易滑移的线缺陷。

1934年G.I.泰勒、E.奥罗万和M.波拉尼独立地提出刃位错理论说明金属强度。

F.C.夫兰克在1944年根据实验观察结果提出螺位错促进晶体生长的理论，后来，人们利用电子显微术直接看到位错的运动。

位错以及它同杂质和缺陷的互作用对晶体的力学、电学性质有重大影响。

甚至，晶体熔化也可能同位错的大量产生有关。

随着晶体生长技术发展，人们又发现了层错──一种面缺陷。

硬铁磁体、硬超导体、高强度金属等材料的功能虽然很不同,但其技术性能之所以强或硬,却都依赖于材料中一种缺陷的运动。

在硬铁磁体中这缺陷是磁畴壁（面缺陷），在超导体中它是量子磁通线，在高强度金属中它是位错线，采取适当工艺使这些缺陷在材料的微结构上被钉住不动，有益于提高其技术性能。