固体物理导论.ppt

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1、固体物理导论现在学习的是第1页，共13页2、倒格子、倒格子布拉维格子的基矢布拉维格子的基矢a1、a2、a3为正格子基矢，称为正格子基矢，称Rl=l1a1+l2a2+l3a3决定的空决定的空间为正格子，间为正格子，=a1(a2a3)为正格子原胞体积。为正格子原胞体积。定义定义 为倒格子基矢，由为倒格子基矢，由Kh=h1b1+h2b2+h3b3决定的空间为倒格子，决定的空间为倒格子，=b1(b2b3)为倒格子原胞体积。为倒格子原胞体积。正格子空间的长度量纲是正格子空间的长度量纲是m,倒格子空间的长度量纲为倒格子空间的长度量纲为m-1。3、倒格子的意义、倒格子的意义正格子中一族晶面转化成了倒格子中的

2、一个倒格点正格子中一族晶面转化成了倒格子中的一个倒格点。（1）由）由 和叉乘的几何和叉乘的几何意意义可知，义可知，b3沿着沿着a1a2的方向，或者的方向，或者说说b3就是就是a1和和a2所确定的晶面（所确定的晶面（001）的法线方向。）的法线方向。同时同时 倒格子基矢倒格子基矢b3的方向表示了正格子中（的方向表示了正格子中（001）晶面的法向，其模值比）晶面的法向，其模值比例于（例于（001）面的面间距。）面的面间距。现在学习的是第2页，共13页（2）倒格子基矢（）倒格子基矢（b1、b2、b3)及其对应的倒格点分别表示了正格子中三及其对应的倒格点分别表示了正格子中三族不同位向的晶面。族不同位向

3、的晶面。（3）倒格子空间中任一倒格点都体现了正格子中一族晶面的特征，倒格点位倒格子空间中任一倒格点都体现了正格子中一族晶面的特征，倒格点位矢的方向是这族晶面的法向，而它的大小比例于该晶面族面间距的倒数矢的方向是这族晶面的法向，而它的大小比例于该晶面族面间距的倒数。倒格点与倒格点与x射线斑点存在一一对应关系，从而使晶体衍射分析简单而射线斑点存在一一对应关系，从而使晶体衍射分析简单而直观。直观。现在学习的是第3页，共13页二、二、正格子与倒格子的关系正格子与倒格子的关系1、两种格子基矢间的关系、两种格子基矢间的关系 正格子基矢正格子基矢ai与倒格子基矢与倒格子基矢bj之间满足之间满足 当当i等于等

4、于j时时 当当i不等于不等于j时时 2、两种格子格矢间的关系。、两种格子格矢间的关系。正格矢正格矢Rl=l1a1+l2a2+l3a3与倒格矢与倒格矢Kh=h1b1+h2b2+h3b3之间满之间满足足Rl Kh=2(为整数）。反之，若两矢量点积为为整数）。反之，若两矢量点积为2 的整的整数倍，且其中一个矢量为正格矢，则另一矢量必为倒格矢。数倍，且其中一个矢量为正格矢，则另一矢量必为倒格矢。3、两种格子原胞间的关系、两种格子原胞间的关系 倒格子原胞体积与正格子原胞体积存在倒数关系。倒格子原胞体积与正格子原胞体积存在倒数关系。现在学习的是第4页，共13页4、正格子与倒格子互为对方的倒格子、正格子与倒

5、格子互为对方的倒格子 根据倒格子基矢的定义，倒格子的倒格子基矢根据倒格子基矢的定义，倒格子的倒格子基矢 同理，可以证明同理，可以证明 b2*=a2,b3*=a3 倒格子的倒格子就是正格子倒格子的倒格子就是正格子。现在学习的是第5页，共13页5、正格子（、正格子（h1h2h3)晶面族与倒格矢晶面族与倒格矢Kh正交正交 KhCA=(h1b1+h2b2+h3b3)(a1/h1-a3/h3)=0 KhCB=(h1b1+h2b2+h3b3)(a2/h2-a3/h3)=06、倒格矢、倒格矢Kh的模与晶面族的模与晶面族(h1h2h3)的面间距成反比的面间距成反比OBACKha1/h1a2/h2a3/h3现在

6、学习的是第6页，共13页三、布里渊区三、布里渊区1、布里渊区的定义、布里渊区的定义布里渊区：倒格子空间被倒格矢布里渊区：倒格子空间被倒格矢Kh的垂直平分面分割成的区域。的垂直平分面分割成的区域。（1）被倒格矢的垂直平分面包围的、围绕着原点的最小区域称为第一）被倒格矢的垂直平分面包围的、围绕着原点的最小区域称为第一布里渊区，又称为布里渊区，又称为简约布里渊区简约布里渊区。（2）在第一布里渊区的外面，）在第一布里渊区的外面，由若干块对称分布且不相连的较小区域分由若干块对称分布且不相连的较小区域分别组成第二、第三等布里渊区。别组成第二、第三等布里渊区。只要晶体的布拉维格子类型相同，倒格子类型就相同，

7、布里渊区的形状就只要晶体的布拉维格子类型相同，倒格子类型就相同，布里渊区的形状就一样。一样。同一晶格中每个布里渊区占据倒格子空间的体积相同，都等于倒格子同一晶格中每个布里渊区占据倒格子空间的体积相同，都等于倒格子原胞体积原胞体积*=(2)3/。简约简约布里渊区以外的各布里渊区可以分别用适当的倒格矢平移到简布里渊区以外的各布里渊区可以分别用适当的倒格矢平移到简约布里渊区内，且既无空隙，又无重叠。约布里渊区内，且既无空隙，又无重叠。现在学习的是第7页，共13页2 2、一维格子的布里渊区、一维格子的布里渊区一维晶格一维晶格 基矢基矢a=ai一维倒格子空间一维倒格子空间 基矢基矢b=(2/a)i各布里

8、渊区分布情况各布里渊区分布情况现在学习的是第8页，共13页 (1 1)二维正方格子的基矢为二维正方格子的基矢为a1=ai、a2=aj，则对应的倒格子基矢为，则对应的倒格子基矢为b1=(2/a)i、b2=(2/a)j (2)(2)由由b b1 1、b b2 2作出倒格子空间。作出倒格子空间。倒格子原胞仍为正方形，原胞大小为倒格子原胞仍为正方形，原胞大小为(2/a)2。（3）由原点）由原点O作最近邻、次近作最近邻、次近邻等倒格点连线垂直平分线，得邻等倒格点连线垂直平分线，得到各布里渊区。到各布里渊区。（4）各布里渊区的大小相同，）各布里渊区的大小相同，且都与倒格子原胞大小相等。且都与倒格子原胞大小

9、相等。3 3、二维正方格子的布里渊区、二维正方格子的布里渊区现在学习的是第9页，共13页 （1）设简单立方格子的基矢为）设简单立方格子的基矢为a1=ai、a2=aj、a3=ak，则对应的倒格子，则对应的倒格子基矢为基矢为b1=(2/a)i、b2=(2/a)j、b3=(2/a)k。（2）由）由b1、b2、b3作出倒格子空间。作出倒格子空间。倒格子原胞仍为简单立方，原胞倒格子原胞仍为简单立方，原胞大小为大小为(2/a)3。（3）简约布里渊区是简约布里渊区是原点与六个最近邻倒格点连线的中垂面围成的立原点与六个最近邻倒格点连线的中垂面围成的立方体，其体积为方体，其体积为(2/a)3，且包含了一个格点，

10、且包含了一个格点。简约布里渊区简约布里渊区倒格子倒格子正格子正格子4 4、简单立方格子的布里渊区、简单立方格子的布里渊区现在学习的是第10页，共13页4 4、体心立方格子的布里渊区、体心立方格子的布里渊区（1）体心立方格子的格子常数为）体心立方格子的格子常数为a，倒格子是面心立方，倒格子常数为，倒格子是面心立方，倒格子常数为2/a。（2）第一布里渊区为正十二面体）第一布里渊区为正十二面体（3）几个点的坐标）几个点的坐标 ：2/a（0，0，0）H：2/a（0，1，0）P：2/a（，）N：2/a（0，）现在学习的是第11页，共13页4 4、面心立方格子的布里渊区、面心立方格子的布里渊区（1）面心立

11、方格子的格子常数（立方边长）为）面心立方格子的格子常数（立方边长）为a，倒格子为体心立方，倒格子为体心立方，倒格子常数（立方边长）为倒格子常数（立方边长）为4/a。（2）第一布里渊区为截角八面体（十四面体）第一布里渊区为截角八面体（十四面体）(3)几个点的坐标几个点的坐标 ：2/a(0，0，0)X：2/a(1，0，0)L：2/a(-，)K：2/a(0，)现在学习的是第12页，共13页矢量的乘积矢量的乘积标量积或点积标量积或点积AB=|A|B|cos(A,B)矢量积或叉积矢量积或叉积任何两个矢量和的矢量积是一个矢量，它的大小等于这两个矢量作成的任何两个矢量和的矢量积是一个矢量，它的大小等于这两个矢量作成的平行四边形的面积，方向与这个平行四边形所在的平面的垂线方向平行。平行四边形的面积，方向与这个平行四边形所在的平面的垂线方向平行。|A B|=|ABsin(A,B)|现在学习的是第13页，共13页