高二物理竞赛晶体的特征课件.ppt

固体物理学第一章 晶体结构 晶体的特征 晶体的基本结构 晶体的对称性 晶体的X射线衍射第一节 晶体的特征本节主要内容本节主要内容: :1. 1. 固体的分类固体的分类2. 2. 晶体的分类晶体的分类固体固体晶体晶体: :非晶体非晶体: :准晶体准晶体: :长程有序长程有序不具有长程序的特点不具有长程序的特点, ,短程有序。短程有序。单晶体单晶体多晶体多晶体长程有序长程有序: :1.固体分类(按结构)有长程取向性，而没有长程的平移对称性。有长程取向性，而没有长程的平移对称性。至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。(a)(a)晶体结构的规则网格晶体结构的规则网格(b)(b)非晶体结构的无规则网格非晶体结构的无规则网格 非晶体中原子排列不具有长程的周期性，但基本保留了非晶体中原子排列不具有长程的周期性，但基本保留了原子排列的短程序，即近邻原子的数目和种类、近邻原子之原子排列的短程序，即近邻原子的数目和种类、近邻原子之间的距离间的距离( (键长键长) )、近邻原子配置的几何方位、近邻原子配置的几何方位( (键角键角) )都与晶体都与晶体相近。相近。( (c)Penrose)Penrose拼接图案拼接图案 准晶体具有长程的取向序，但没有长程的平移对称序，准晶体具有长程的取向序，但没有长程的平移对称序，可以用可以用Penrose拼接图案显示其结构特点。拼接图案显示其结构特点。2.晶体的分类晶晶 体体按晶胞分立方晶系立方晶系六方晶系六方晶系四方晶系四方晶系三方晶系三方晶系正交晶系正交晶系单斜晶系单斜晶系三斜晶系三斜晶系按对称性分立方体立方体六方体六方体按功能分导体导体 半导体半导体绝缘体绝缘体磁介质磁介质电介质电介质超导体超导体按结合方式分分子晶体分子晶体离子晶体离子晶体共价晶体共价晶体金属晶体金属晶体氢键晶体氢键晶体(b)(c)(a)( (a) )、( (b) )、( (c) )为二维晶体结构示意图，它们有何异同为二维晶体结构示意图，它们有何异同?2.1 晶体结构的周期性 所有晶体的结构可以用所有晶体的结构可以用晶格晶格来描述，这种晶格的每个格点来描述，这种晶格的每个格点上附有一群原子，这样的一个原子群称为上附有一群原子，这样的一个原子群称为基元基元，基元在空间周，基元在空间周期性重复排列就形成期性重复排列就形成晶体结构晶体结构。 一个理想的晶体是由完全相同的结构单元在空间周期性重一个理想的晶体是由完全相同的结构单元在空间周期性重复排列而成的。复排列而成的。1.基元和晶格 在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基本结构单元称为基元基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。(1)(1)基元基元( (b) )( (c) )( (a) ) 任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一个基元中不同原子周围情况则不相同个基元中不同原子周围情况则不相同。(2)(2)晶格晶格 晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为线族，形成一些网格，称为晶格晶格( (或者说这些点在空间周期性或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为排列形成的骨架称为晶格晶格) )。(b)(b)(c)(c)(a)(a) 晶格是晶体结构周期性的数学抽象，它忽略了晶体结构的晶格是晶体结构周期性的数学抽象，它忽略了晶体结构的具体内容，保留了晶体结构的周期性。具体内容，保留了晶体结构的周期性。1 12233123,lRn an an an n n为整数晶格晶格+ +基元基元= =晶体结构晶体结构(b)(a)(1)(1)布拉伐晶格布拉伐晶格 格点的总体称为格点的总体称为布拉伐晶格布拉伐晶格，这种格子的特点是每点周围，这种格子的特点是每点周围的情况完全相同。的情况完全相同。(2)(2)简单晶格和复式晶格简单晶格和复式晶格 简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格简单晶格。 复式晶格：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原复式晶格：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原子各构成和格点相同的网格，称为子各构成和格点相同的网格，称为子晶格子晶格，它们相对位移而，它们相对位移而形成形成复式晶格复式晶格。2.布拉伐晶格、简单晶格和复式晶格