固体物理 第1章 晶体结构1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章,晶体结构,固体的结构决定其宏观性质和微观机理，本章主要阐明晶体中原子排列的几何规则性。,1-1 一些晶格的实例,晶体：,组成微粒具有空间上按,周期性,排列的结构。,基元：,当晶体中含有多种原子，多种原子构成基本的结构单元。,格点（结点）：,结构中相同的位子。,图1-1-1 结构中相同的位子,点阵：,晶体中格点的总体，又称为布拉菲点阵、布拉菲格子。这种格子的特点是每点周围的情况都一样。如果晶体,由完全相同的一种原子组成,，则这种原子所组成的网格也就是布拉菲格子，和结点所组成的相同。如果晶体的基元中包含两种或两种以上的原子，则每个基元中，相应的同种原子各构成和结点相同的网格，不过这些网格相对地有位移而形成所谓的复式格子。显然复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套构而成。,晶格：,通过点阵中所有节点的平行直线簇和平行平面簇构成的网格。,元胞：,反映晶格周期性的最小重复单元（侧重最小重复单元，每个元胞中只有一个格点）。,晶胞（晶体学单胞）：,既反映晶格周期性又反映晶格的空间对称性的最小重复单元（侧重空间对称性，每个元胞可能不止一个格点）。,图1-1-2 结构、基元及点阵,一、单原子组成的元素晶格,（,1,）简单立方晶格,图,1-1-3,原子球的正方排列及其各层球完全对应层叠形成的简单立方晶格,（,2,）体心立方晶格的典型单元及堆积方式,图,1-1-4,体心立方晶格的典型单元及体心立方晶格的堆积方式,（,3,）原子球最紧密排列方式:面心立方晶格和六角密排晶格,图,1-1-5,原子球最紧密排列方式,当层叠是,ABABAB,方式则构成六角密排晶格,图,1-1-5-1,原子球最紧密排列方式之一构成的,密排六角结构,当层叠是,ABCABCABC,方式则构成面心立方晶格,（4）金刚石类晶格,图,1-1-6,金刚石类晶格结构的典型单元,图,1-1-5-2,原子球最紧密排列方式之一构成的,面心立方结构,金刚石类晶格是由面心立方单元的中心到顶角引,8,条对角线，在其中互不相邻的,4,条对角线的中点，各加一个原子就得到金刚石类晶格结构。也可看成面心立方沿体对角线平移,1/4,体对角线套购而成。除金刚石外，半导体硅和锗也具有类似金刚石类晶格结构。,二、化合物晶体的结构,(1),N,a,Cl,类晶格结构,其好似于简单立方晶格，只是每一行相间地排列着正的和负的离子,N,a,+,和,Cl,-,，,碱金属和卤族元素的化合物都具有类似的结构,图,1-1-7,N,a,Cl,类晶格结构的典型单元,(2),C,s,Cl,类晶格结构,其好似体心立方晶格，只是体心和顶角是不同的离子,(3)闪锌矿,Z,n,S,类晶格结构,和金刚石类晶格结构相仿，只要在金刚石晶格立方单元的对角线位置上放置一种原子，在面心立方位置上放置另一种原子（4：4）。,图,1-1-9,闪锌矿,Z,n,S,类晶格结构的典型单元,图,1-1-8,C,s,Cl,类晶格结构的典型单元,1-2,晶格的周期性,对于晶格的周期性通常用元胞和基矢来描述，图,1-2-1,中1、2、3均为最小重复单元，由此元胞的选取并不是唯一的。但各种晶格元胞都有习惯的选取方式，并用元胞的边矢量作晶格的基矢，,基矢之间并不都相互正交。,图,1-2-1,平面元胞示意图,(1)简单立方晶格的元胞,三个基矢分别为：,(2)面心立方晶格的元胞,三个基矢分别为：,(3)体心立方晶格的元胞,三个基矢分别为：,设 为元胞中任意一处的位置矢量，,Q,代表晶体中的任一物理量，则：,，,l,1，,l,2，,l,3,为整数,即任意两元胞中相对应的点的物理性质相同。我们可以用,表示一种空间点阵，即一组（,l,1,，,l,2,，,l,3,）,的取值表示格子中的一个格点，（,l,1,，,l,2,，,l,3,）,所有可能的集合就表示一个空间格子。实际晶体可以看成在上述空间格子的每个格点上,放置一组基元（可为多种原子）,。这个空间格子表征了晶格的周期性，称为布拉菲格子。,Cu,的面心立方晶格，,Si,的金刚石晶格和,NaCl,晶格均具有相同的布拉菲格子,面心立方格子。它们的晶格结构虽然不同但具有相似的周期性。自然界中晶格的类型很多，但只可能有十四种布拉菲格子。,