
- •Раздел 1. Строение кристалла в геометрии кристаллической решётки.
- •§1.1.Классификация состояний твёрдого тела.
- •1.Кристаллические
- •§ 1.2. Кристаллическая решётка. Её свойства.
- •Б) кристаллическая структура (физическая реальность)
- •Вектор трансляции
- •§1.3.1. Элементарная ячейка.
- •2) Сложная ячейка
- •§1.3.2.Наиболее распространённые типы кристаллических структур.
- •§1.4. Симметрия кристалла.
- •§1.4.1.Виды симметрии.
- •§1.4.2. Элементы симметрии.
- •§1.5. Точечные и пространственные группы.
- •§1.6.Решётки Бравэ.
- •§1.7.Решётка Вигнера-Зейца.
- •§1.8. Задание узлов направлениями плоскостей в кристалле. Индексы Миллера.
- •Направления задаются двумя точками, но так как одна из них находится в начале
- •§1.9. Обратная решётка.
- •§1.10.Зона Бриллюэна.
- •§1.11. Определение атомной структуры кристалла.
- •§1.11.1.Особенности использования рентгеновского излучения для анализа кристаллической структуры.
- •§1.11.2.Особенности электронного излучения.
- •§1.11.3. Нейтронография.
- •§1.12.Основы геометрической теории дифракции.
- •Раздел II. Основные типы связи в твердых телах.
- •§2.1 Классификация твердых тел. Тип связи.
- •§2.2 Энергия связи.
- •§2.3 Молекулярные кристаллы.
- •§2.3.1 Происхождение сил Ван-дер-Ваальса.
- •§2.4 Ионные кристаллы.
- •§2.4.1 Механизм образования ионной связи в кристаллах.
- •§2.5. Ковалентные кристаллы.
- •§2.5.1 Механизм образования ковалентной связи.
- •§2.6 Металлы.
- •§2.6.1 Механизм образования металлической связи.
- •§2.7 Водородная связь.
- •§2.8 Сопоставление различных видов связи.
- •Раздел III. Дефекты в твердом теле.
- •§3.1. Классификация дефектов.
- •В зависимости от типа исследований различают статические и динамические дефекты.
- •По происхождению дефекта различают дефекты, возникающие в процессе роста и обработки кристалла, под влиянием радиации.
- •§3.2. Равновесная концентрация дефектов по Шоттки.
- •§3.3. Равновесная концентрация дефектов по Френкелю.
- •§3.4. Влияние колебательной энтропии на концентрацию дефектов.
- •§3.5. Вакансионные комплексы.
- •§3.6. Неравновесные дефекты.
- •§3.7. Миграция дефектов.
- •Раздел IV: динамика кристаллической решетки
- •§ 4.1. Гармоническое и адиабатическое приближение. Нормальные колебания.
- •§ 4.2. Колебания однородной струны.
- •§ 4.3. Колебания цепочки с одноатомным базисом.
- •§ 4.4. Колебания линейной цепочки с двухатомным базисом.
- •§ 4.5. Колебания в трёхмерной решетке.
- •§ 4.6. Энергия нормальных колебаний. Понятие о фононах.
- •§ 4.7. Тепловые свойства твердых тел.
- •Теплоемкость.
- •Тепловое расширение.
- •Основные выводы по разделу IV.
- •Раздел V: основы электронной теории.
- •§ 5.1. Классификация твердых тел по электропроводности.
- •§ 5.2. Уравнение Шредингера для кристалла.
- •§ 5.3. Свойства волнового вектора электронов в кристалле
- •1. Свободный электрон.
- •2. Электрон в кристалле.
- •§ 5.4. Закон дисперсии для электронов в кристалле.
- •§ 5.5. Заполнение энергетических зон электронами.
- •§ 5.6. Динамические свойства электрона в кристалле.
- •§ 5.7. Приближение эффективной массы.
- •1. Центр зоны Бриллюэна (энергетическое дно):
- •2. Область вблизи точки а:
- •3. Область вблизи границ зоны Бриллюэна (верх энергетической зоны):
- •§ 5.8. Распределение электронных состояний внутри энергетической зоны.
- •§ 5.9. Распределение электронов по энергиям. Энергия Ферми.
- •§ 5.10. Экспериментальные методы исследования электронной структуры кристалла.
§1.6.Решётки Бравэ.
В 1848 году математикой было доказано, что существует 14 способов расположения атомов в пространстве, 14 решёток.
Условия выбора, характеризующее 1 ячейку называется правило Бравэ:
Симметрия выбранной ячейки должна совпадать с точечной симметрией
кристалла.
Число прямых углов и равных сторон ячейки должно быть максимальным.
Объём элементарной ячейки должен быть минимальным.
Каждая структура может быть представлена путём трансляции одной из 14 решёток (6 примитивных). Тип симметрии элементарной ячейки называется сингония.
Таблица 3.
Сингония |
Параметры |
P |
C |
J |
F |
R |
Триклинная |
|
+ |
- |
- |
- |
- |
Моноклинная |
|
+ |
+ |
- |
- |
- |
Ромбическая |
|
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
Тетрагональная |
|
+ |
- |
+ |
- |
- |
Гексагональная |
|
+ |
- |
- |
- |
+ |
Кубическая |
|
+ |
- |
+ |
+ |
- |
Решётка Бравэ - это совокупность эквивалентных атомов в кристалле, которые могут быть совмещены друг с другом путём трансляции. В 2-х мерном пространстве существует 5 сингоний (5 типов решёток Бравэ):
косоугольная (
)
квадратная (
)
гексагональная (
прямоугольная
центрированная прямоугольная (
)
Реальная кристаллическая структура может иметь более низкую симметрию, чем модельная. (Квадратная решётка может не иметь плоскостей отражения.)
Примечание: обозначения решёток: P- примитивная, C – базоцентрированная, J – объёмноцентрированная, F – гранецентрированная, R- ромбоэдрическая.
§1.7.Решётка Вигнера-Зейца.
Примитивная ячейка имеет минимальный объём, но может не обладать точечной симметрией, тогда выбирают более сложную элементарную ячейку. Стараются выбрать минимальный объём. Но только ячейка должна быть в любом случае элементарной.
Правило Вигнера-Зейца:
Соединить линиями ближайшие соседние атомы.
Через середины отрезков провести перпендикулярные плоскости. На пересечении мы получаем ячейку.
Свойства ячейки Вигнера-Зейца:
Ячейка имеет минимальный объём.
Все элементы симметрии кристалла (как геометрической фигуры) точечная и трансляционная.
Можно построить кристаллическую структуру с её помощью путём трансляции.
Ячейка Вигнера-Зейца - это замкнутая область пространства кристалла с центром, выбранным в узле решётки, обладающая свойством элементарной ячейки.
§1.8. Задание узлов направлениями плоскостей в кристалле. Индексы Миллера.
Узлы в кристаллической решётке можно задать вектором
где
- основные
вектора кристалла, которые имеют длину
постоянной решётки кристалла. Любой
узел кристалла
можно задать через числа [[m,
n,
p]]
.
A [[1,0,0]]
B [[1,1,1]]
C [[1/2,1/2,1/2]]