固体物理晶体的对称性精选PPT.ppt

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1、固体物理晶体的对称性1第1页，此课件共28页哦2第2页，此课件共28页哦3第3页，此课件共28页哦晶体具有自限性，外形上的晶面呈现出对称分布。晶体外形上的这种对称性，是晶体内在结构规律性的体现。如何描述和找出晶体的对称性晶体的对称性？人们发现，采用象转动这样的变换来研究晶体的对称性是有效的。对称操作对称操作定义：一个晶体在某一变换后，晶格在空间的分布保持不变，这一变换称为对称操作。由此提出了“群”概念。变换时一个点不动，称为“点群点群”。有32个点群。如果包括平移、螺旋等，则有230种对称类型，称“空间群”。晶体中对称操作的数目越多，晶体的对称性就越高。晶体中对称操作的数目越多，晶体的对称性就

2、越高。4第4页，此课件共28页哦对称群对称群：一个确定的物体所有不同的对称操作构成一个对称群的一组元素，即：G(g1,g2,)Group(元素1,元素2,)元素元素满足四个条件才能成为群：(1)封闭性 (2)结合率 (3)存在一个恒等元素e (4)存在逆元素5第5页，此课件共28页哦在研究晶体结构时，人们视晶体为刚体，在对称操作变换中，晶体两点间距离保持不变。在数学上称这种变换为正交变换正交变换。在研究晶体对称性中主要有三种正交变换三种正交变换：镜镜象（镜面、反映面）象（镜面、反映面）、对称心（中心反演）对称心（中心反演）和转动转动。下面分别介绍。6第6页，此课件共28页哦一、镜象（镜面、反映

3、面，一、镜象（镜面、反映面，m，对称素为面），对称素为面）7第7页，此课件共28页哦二、对称心（中心反演，二、对称心（中心反演，i，对称素为点），对称素为点）8第8页，此课件共28页哦三、转动三、转动(旋转对称，旋转对称，Cn,对称素为线对称素为线)晶体的旋转轴仅限于 n=1,2,3,4,6.不可能出现5及大于6的轴次,这是晶体的点阵结构所决定的.在晶格周期性的限制下，晶体到底有哪些允许的转动操作？9第9页，此课件共28页哦10第10页，此课件共28页哦11第11页，此课件共28页哦12第12页，此课件共28页哦四、旋转四、旋转-反演对称反演对称13第13页，此课件共28页哦14第14页，此课

4、件共28页哦15第15页，此课件共28页哦16第16页，此课件共28页哦17第17页，此课件共28页哦18第18页，此课件共28页哦19第19页，此课件共28页哦20第20页，此课件共28页哦21第21页，此课件共28页哦正四面体正四面体，Td群，24种对称操作；六方晶系六方晶系，24种对称操作可见，对称性最高的是立方晶系。可见，对称性最高的是立方晶系。22第22页，此课件共28页哦 晶体的对称性在确定晶体物理常数的独立个数上有重要意义，它可以简化物理常数的测量。在确定物理常数独立个数时，通常不是让晶格旋转，而是让坐标旋转。很多计算模拟软件，输入点群后，自动简化独立变量个数。23第23页，此课

5、件共28页哦举例：举例：立方对称晶体的介电系数为一个标量常数立方对称晶体的介电系数为一个标量常数的证明？的证明？24第24页，此课件共28页哦首先介绍一下矩阵基本知识首先介绍一下矩阵基本知识对应一个矩阵：，那么在线性代数中，该矩阵的转置矩阵为：。严格说：。但在正交矩阵中：。25第25页，此课件共28页哦立方对称晶体的介电系数为一个标量常数的证明立方对称晶体的介电系数为一个标量常数的证明对于晶体，晶体中的电位移电位移和电场电场的关系为：其中介电常数矩阵介电常数矩阵为：坐标旋转后对称操作，则各物理量在新旧坐标中的关系新旧坐标中的关系为：(1.21)26第26页，此课件共28页哦下面我们具体求：立方晶系独立的介电常数。下面我们具体求：立方晶系独立的介电常数。联合：绕x(a)轴旋转90o是一个对称操作，为：(1.21)绕y(b)轴旋转90o是一个对称操作，为：27第27页，此课件共28页哦得到：得到：由此可知，立方晶系立方晶系晶体的独立介电常数只有一个独立介电常数只有一个。具体测定时，只需要垂直于垂直于x或y或z轴切下一薄片晶体，在晶片主表面上镀上电极，测出它的电容，即可求得介电常数：28第28页，此课件共28页哦