固体物理的重点和难点(共4页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上固体物理期末考核报告摘要：本课以本科理论物理的“四大力学”为基础。又是学习凝聚态物理学和材料科学的基础，它是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程。通过本课的学习，一方面是对以前所学基础理论知识的复习和应用，另一方面也为今后了解、掌握现代高新技术和从事科学研究打下基础。关键字：力学、基础、课程-现代高新科技、应用一、 引言 固体物理就是研讨固体（主要是晶体）材料物理特性的一门科学。它是从固体中的原子和电子状态的根本特点出发来讨论固体的物理性质，所以是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程，它也讨论非晶体材料的性质，是学习金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学等的基础、先行课程。 虽然固体物理主要是讨论固体材料的问题，但是实际上对于讨论液体、气体材料也有参考价值，同时还体现了应用基础课的特点，既要讲有关的理论体系，又要讲和实验、生产的密切关系特别要突出科学的研究方法。对于物理类和电子科学类的专业，固体物理是必修课。所以。对于了解学习固体物理的目的和难点是非常有必要的。二、 学习固体物理的目的2.1 固体物理学的发展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。新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。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。其发展趋势是：由体内性质转向研究表面有关的性质；由三维体系转到低维体系；由晶态物质转到非晶态物质；由平衡态特性转到研究瞬态和亚稳态、临界现象和相变；由完整晶体转到研究晶体中的杂质、缺陷和各种微结构；由普通晶体转到研究超点阵的材料。这些基础研究又将促进新技术的发展，给人们带来实际利益。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。2.2 学习固体物理的要求固体物理是很抽象的，在于他研究的对象已经不是一般的某个体系，而是涉及组成物体的原子分子之间的结构能量问题，有些类似于原子物理，但又不一样。想要学好固体物理完全没有必要纠结于难记的公式和复杂的推导，关键是理解固体物理中引进的其它物理分支中没有的概念和研究方法，举个例子，一开始介绍倒格矢，概念很抽象，但是它的目的是研究晶格，晶体性质的，那么就需要站在晶体结构的角度理解它；研究满带，空带，就需要联系分子之间能量来理解它。要区分微观和宏观研究方法的不同，不要带着以往学物理的方法来学习固体物理。对于大学生所学的固体物理，其中的内容都是比较浅显易懂，我们所要做的就是在课堂所学的基础上，去为将要学习更深的内容做好准备。利用大学所学的基础知识，对固体物理的一些基础的知识的了解，去更好的用到生活中去。这样才能做到真正的学以致用。三、 学习固体物理的难点在学习固体物理的过程中，感觉固体物理最不好理解、 也是我们不容易接受的内容有许多，而且其概念又非常重要。为了清楚地理解倒易空间在固体物理学上的应用,首先要强调傅里叶变换的物理意义，傅立叶变换是将一个函数转换为一系列周期函数来处理，从物理效果看,由傅立叶变换将晶体的周期性的实空间(正格子)变换成了周期性的倒易空间(倒格子)。因为晶体的周期性结构，由此使得其许多性质在某些方向上也具有周期性， 例如原子核的位置的周期性排列产生了周期性的离子实势场，如果要研究晶体中的电子的运动， 就必须要研究这种周期性的离子实势场。而傅里叶变换的主要作用就是周期性函数都可以用一系列三角函数来表示，这样固体物理中利用傅里叶变换的地方就有很多。下面举几个例子：1、 用衍射分析方法测定晶体结构的理论依据,在于晶体结构同它的衍射效应之间存在着互为傅里叶变换的关系。所谓衍射效应,是指从晶体向各个方向发出的衍射的振幅和相位, 从衍射实验可以记录下各个方向上衍射波的振幅。2、 晶体中很多具有局域特征的物理性质,如电荷密度、 电子数密度等都具有平移对称性, 其中电子密度的周期性是最重要的, 绝大部分晶体的性质可以同电子密度的傅里叶分量直接联系起来。 X射线的散射振幅是由一组傅里叶系数决定的。3、在能带理论中,晶体的禁带宽度就是晶体周期性势场的傅里叶展开系数的 2倍(Eg = 2 |Vn | )。在充分理解傅里叶变换在固体物理上的应用的基础上,才能更好地理解倒格子的意义,正倒空间就是满足傅里叶变换的关系, 所以倒格子的定义为: ai# bj= 2PD ij , ai和 bj是互为倒易的两组基矢量。正空间矢量具有长度的单位,而倒空间矢量的单位是长度单位的倒数。对于固体物理中的声子 和电子的运动都是用波矢来描述的, 波矢的单位与前面定义的倒格子矢量的相同,所以, 倒易空间也称为波矢空间,在波矢空间描述电子运动形象直观,物理图像更清晰。在学习过程中始终强调倒空间的作用, 使得在整个课程的学习过程中真正理解其在固体物理学习中的重要性。四、结束语所学固体物理一书中主要介绍了一些主要的物理概念、实验和理论，其中包括了固体物理学史、化学键与晶体形成、固体结构、晶体振动和固体热性质、固体电子理论、固体的电性质、固体的磁性、固体的介电性质和光学性质等内容。它也是从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质的一门基础理论学科。它和普通物理、 热力学与统计物理、金属物理、材料科学、特别是量子力学等学科有着密切关系，固体物理也讨论晶体学、 晶体的结合键、晶体缺陷、扩散、相图等问题。但它着重研究的是晶格振动和晶体的热学性质、固体电子论、半导体、固体的磁性、超导体等专题。 请注意，并不是所有轴次的对称轴都可以在晶体上出现的，晶体上只能出现一次、二次、三次、四次、六次对称轴，不可能出现五次及大于六次的对称轴，这就是晶体的对称定律（law of crystal symmetry）。为什么呢？这是因为五次及大于六次的对称性与晶体的平移对称相矛盾，所以它们不能在晶体上出现。晶体的对称定律是可以用严格的数学方法证明的，但我们在此不介绍这种抽象的数学方法，而是以形象直观的方法来展示。下图为二次到八次对称的多边形，以及可以“无限旋转对称”的圆在平面上的填充状况示意，其中，二次、三次、四次和六次旋转对称的图能够毫无间隙地铺满整个平面空间，但五次、七次、八次对称的多边形不能够毫无间隙地铺满整个平面空间。实际上，铺满平面空间的过程就是在进行平移对称操作，五次、七次、八次对称等对称不能铺满整个平面，说明其与平移对称相矛盾，所以它们不能在晶体上出现。下面是不同对称的多边形铺满平面空间的图案。 专心-专注-专业