高二物理竞赛固体物理学绪论课件.pptx

绪论前前言言按照物理学分类，在常温常压下,物质存在的状态分为液态、气态、固态、等 离子态，对应的物资形态称为液体、气体、固体、等离子体：一定条件下,物资状态可以互相转化。一、固体一、固体是是物物质存在的基本形式之质存在的基本形式之一一液态 液体等离子态 等离子体气态 气体固态 固体近代科学研究表明，固体由大量的原子（或离子）组成，每立方厘米中大约有1023个原子。巨大数量的原子以一定的方式排列，其排列方式称为固体的微结构。 微结构是研究固体材料的宏观性质和微观过程的基础。按照晶体中原子、分子微结构的有序程度，人们将固体进行以下分类：原子有序排列尺度10-6米（微米），长程序（远程序）一种介于晶态和非晶态之间的 状态。特点：具有五次旋转对 称轴，但没有周期性。晶体中的原子（离子）在微米量级 范围有序排列，形成单晶粒，整个 晶体由单晶粒随机堆积而成。晶粒 与晶粒之间存在晶粒间界；例：多多晶晶硅硅晶体准晶体非晶体固体固体单晶体多晶体固体中有序排列；例：单单晶晶硅硅原子（离子）在几纳米范围内有序排列，形成晶粒，晶粒之间不接触， “悬浮”在非晶组织中；例：纳米晶体、超晶格微晶体原子有序排列尺度在原子尺度（1埃= 10-8厘米=0.1纳米=10-10米）（短程序）。例：非非晶晶硅硅晶体中的原子（离子）在整个硅单晶体金刚石型结构的四面体单硅单晶体金刚石型结构的四面体单元元：中心硅原子与周围四个最近邻硅原子各出一个电子组成共价键，组成 正四面体结构。该结构是硅单晶体的基本结构单元。中心硅原子电子电子共价键键长：近邻原子之间的距离键角：近邻共价键的夹角最近邻原子（顶角）最近邻原子（顶角）最近邻原子（顶角）最近邻原子顶角）单晶硅：原子在整个晶体中排列有序多晶硅：原子在微米数量级排列有序非晶硅：短程序包含：1、近邻原子的种类和数目；2、近邻原子之间的距离（键长）；3、近邻原子的几何方位（键角）；原子在原子尺度上排列有序第一第一章章晶晶体结体结构构晶体具有三个主要共同性质：1、原子排列长程有序（周期性）；2、外在形状的规则性（对称性）；3、各向异性；1.11.1 晶体晶体结构的周期性及其分析结构的周期性及其分析方方法法 一、晶体一、晶体结结构构的周期的周期性性晶体结构的最显著特点是周期性。理想情况下，晶体可以看成是由一“基本结构 单元”基元（基元：由一种原子或原子团构成的组成晶体的基本结构单元）在空间无限 重复排列构成的，这种性质称为晶体结构晶体结构的的周周期期性性。举例：一种实际晶体结构示例分子分子分子分子基元例1：Na+Cl-氯化钠晶体结构Na+周期性排列和Cl-周期性排列 相间交替形成氯化钠晶体结构基元由相距半个晶格常数的 正离子和负离子构成Cl-Cs+氯化铯晶体结构Cl-Cs+基元由相距1/2对角线长度的一个Cs+和Cl-组成。二、晶体二、晶体结结构构周期性的描周期性的描述述晶体结构周期性可以用空间点、线、面、体等方式描述：分子分子分子分子1 1、点描述、点描述格点（基点、节点）：对基元进行数学抽象，用几何点代表基元的任一点（如重心）， 将基元的空间周期性分布转化为几何点的空间周期性分布（点阵）。这种几何点称为格点。基元周期性分布基元点阵例1：格点基元周期性分布点阵例2：基元格点