精品课程《固体物理》ppt电子教案课件1.3晶面和晶向.ppt

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1、第第三三节节 晶晶向向、晶晶面面和和它它们们的的标标志志本节主要内容本节主要内容:1.3.1 1.3.1 晶向及晶向指数晶向及晶向指数1.3.2 1.3.2 晶面及密勒指数晶面及密勒指数1.3 晶向、晶面和它们的标志 1.3.1 晶向及晶向指数1.晶向 通过晶格中任意两个格点通过晶格中任意两个格点连一条直线称为连一条直线称为晶列晶列，晶列的，晶列的取向称为取向称为晶向晶向，描写晶向的一，描写晶向的一组数称为组数称为晶向指数晶向指数(或或晶列指数晶列指数)。过一格点可以有无数过一格点可以有无数晶列晶列。(3)(3)晶列族中的每一晶列上，晶列族中的每一晶列上，格点分布都是相同的；格点分布都是相同的

2、；(4)(4)在同一平面内，相邻晶列间的在同一平面内，相邻晶列间的距离相等。距离相等。(1)(1)平行晶列组成晶列族，晶列平行晶列组成晶列族，晶列族包含所有的格点；族包含所有的格点；(2)(2)晶列上格点分布是周期性的；晶列上格点分布是周期性的；晶列的特点晶列的特点2.晶向指数如果从晶列上一个格点沿晶向到任一格点的位矢为如果从晶列上一个格点沿晶向到任一格点的位矢为(1)(1)用固体物理学原胞基矢表示用固体物理学原胞基矢表示 晶列上格点的周期晶列上格点的周期=?=?如如121121表示表示为固体物理学原胞基矢为固体物理学原胞基矢如遇到负数，将该数的上面加一横线。其中其中 为整数，将为整数，将 化

3、为互质的整数化为互质的整数 ，记为记为 ，即为该晶列的即为该晶列的晶列指数晶列指数。(2)(2)以布拉维原胞基矢表示以布拉维原胞基矢表示如果从晶列上一个格点沿晶向到任一格点的位矢为如果从晶列上一个格点沿晶向到任一格点的位矢为 其中其中 为有理数为有理数,将将 化为化为互质的整数 m,n,p,记为记为 mnp，mnp 即为该即为该晶列晶列的的晶列指数晶列指数.OABCDE 例例1 1：如图在立方体中，如图在立方体中，D是是BC的中点，求的中点，求BE,AD的晶列指数的晶列指数。解：解：晶列晶列BE的晶列指数为：的晶列指数为：011 AD的晶列指数为的晶列指数为:OABCDE求求AD的晶列指数的晶

4、列指数。注意:(1)(1)晶列指数一定是一组互质的整数；晶列指数一定是一组互质的整数；(2)(2)晶列指数用方括号表示晶列指数用方括号表示 ；(3)(3)遇到负数在该数遇到负数在该数上方加一横线。加一横线。晶列晶列(11-1)(11-1)晶列晶列11-111-1晶列晶列(111)(111)晶列晶列111111(4)(4)等效晶向等效晶向。在立方体中有，沿立方边的在立方体中有，沿立方边的晶列一共有晶列一共有6个不同的晶向，由于个不同的晶向，由于晶格的对称性，这晶格的对称性，这6个晶向并没有个晶向并没有什么区别，晶体在这些方向上的什么区别，晶体在这些方向上的性质是完全相同的，统称这些方性质是完全相

5、同的，统称这些方向为向为等效晶向等效晶向，写成写成 。100 001 010 100 010 001 1.3.2 晶面及密勒指数 在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数晶面指数。1.晶面(1)(1)平行的晶面组成晶面族，晶面族包含所有格点；平行的晶面组成晶面族，晶面族包含所有格点；(3)(3)同一晶面族中的每一晶面上，格点分布同一晶面族中的每一晶面上，格点分布(情况情况)相同；相同；(4)(4)同一晶面族中相邻晶面间距相等。同一晶面族中相邻晶面间距相等。

6、(2)(2)晶面上格点分布具有周期性；晶面上格点分布具有周期性；2.晶面指数晶面方位晶面方位晶面的法线方向晶面的法线方向(法线方向与三个坐标轴夹角法线方向与三个坐标轴夹角)晶面在三个坐标轴上的截距晶面在三个坐标轴上的截距(1)(1)以固体物理学原胞基矢表示以固体物理学原胞基矢表示 如图如图取一格点为顶点，原胞的三，原胞的三个基矢个基矢 为坐标系的三个轴，为坐标系的三个轴，设某一晶面与三个坐标轴分别交于设某一晶面与三个坐标轴分别交于A1,A2,A3,设晶面的法线设晶面的法线ON交晶面交晶面A1A2A3于于N，ON长度为长度为 d，d为该晶为该晶面族相邻晶面间的距离，面族相邻晶面间的距离，为整数，

7、为整数，该晶面法线方向的单位矢量用该晶面法线方向的单位矢量用 表表示，则晶面示，则晶面A1A2A3的方程为：的方程为：A2A3O OA1N d取取 为天然长度单位，则得：为天然长度单位，则得：晶面的法线方向与三个坐标轴晶面的法线方向与三个坐标轴(基矢基矢)的夹角的余弦之比，的夹角的余弦之比，等于晶面在三个轴上的截距的倒数之比。等于晶面在三个轴上的截距的倒数之比。A2 2A3 3OA1 1N d可以证明：可以证明：r,s,t必是一组有理数-阿羽依的有理数定理阿羽依的有理数定理。设设 的末端上的格点分别在离原点距离的末端上的格点分别在离原点距离h1d、h2d、h3d的晶面上，这里的晶面上，这里 h

8、1、h2、h3为整数为整数 。(2)(2)同一晶面族中的晶面平行且相邻晶面间距相等,故在原故在原点与基矢的末端间一定只有整数个晶面。点与基矢的末端间一定只有整数个晶面。(1 (1)所有格点都包容在一族晶面上；因此给定晶面族中必；因此给定晶面族中必有一个晶面通过坐标系的原点；在基矢有一个晶面通过坐标系的原点；在基矢 末端上的格点末端上的格点也一定落在该晶面族的晶面上；也一定落在该晶面族的晶面上；取取 为天然长度单位得：为天然长度单位得：又又晶面的法线与三个基矢的夹角余弦之比等于三个整数之比。晶面的法线与三个基矢的夹角余弦之比等于三个整数之比。A2A3OA1N d 可以证明可以证明h1，h2，h3

9、一定是互质的一定是互质的，称它们为该晶面族的称它们为该晶面族的面指数，记为面指数，记为(h1h2h3)。任一晶面在坐标轴上的截距任一晶面在坐标轴上的截距r，s，t必是一组有理数必是一组有理数。因为因为h1、h2、h3为整数为整数，所以，所以r、s、t必为有理数。必为有理数。综上所述，晶面指数(h1h2h3)表示的意义是；(3)(3)晶面的法线与基矢夹角的方向余弦的比值。晶面的法线与基矢夹角的方向余弦的比值。(2)(2)以以 为各轴的长度单位所求得的晶面在坐标轴为各轴的长度单位所求得的晶面在坐标轴上的截距倒数的互质比；上的截距倒数的互质比；(1)(1)基矢基矢 被平行的晶面等间距的分割成被平行的

10、晶面等间距的分割成h1、h2、h3 等份；等份；以布拉维原胞基矢以布拉维原胞基矢 为坐标轴来表示为坐标轴来表示的晶面指数称为的晶面指数称为密勒指数密勒指数，用，用(hkl)表示表示。例例2：如图所示如图所示 ，I和和H分别为分别为BC，EF之中点，之中点，试求晶面试求晶面AEG，ABCD，OEFG，DIHG的密的密勒指数。勒指数。AEG ABCD DIHG111 121 hkl在三个坐标在三个坐标轴上的截距轴上的截距OABCDEFGHI AEG ABCD DIHG111 121 hkl在三个坐标在三个坐标轴上的截距轴上的截距1:1:1(hkl)(111)(001)(120)AEG 的密勒指数是的密勒指数是(111)；OEFG的密勒指数是的密勒指数是(001)；DIHG的密勒指数是的密勒指数是(120)。OABCDEFGHIABCDEFG例例3:在立方晶系中画出在立方晶系中画出(210)、晶面。晶面。晶面在三个坐标轴上的截距分别为：晶面在三个坐标轴上的截距分别为：1(210)11密勒指数是密勒指数是(210)的晶面是的晶面是ABCD面面；(121)密勒指数是密勒指数是 的晶面是的晶面是EFG面面；