- •А. В. Ширшова физика твердого тела
- •Глава 1. Азбука кристаллографии…………………………..…...….….43
- •I. Рабочая программа Пояснительная записка.
- •Содержание дисциплины
- •Контрольные вопросы к экзамену.
- •Методические указания к практическим
- •1.2. Система координат.
- •1. 3. Индексы узлов, узловых прямых и узловых плоскостей.
- •1. 4. Элементарная ячейка кристалла.
- •1. 5. Элементы симметрии.
- •1. 6. Cингонии.
- •2. Практическая часть работы.
- •Варианты заданий
- •Приложение
- •Характеристика сингоний кристаллов.
- •Характеристика различных типов решеток.
- •Связь между индексами (hkl), величиной d и периодами решетки a, b, с для каждой сингонии.
- •Число идентичных плоскостей p для совокупностей с разными индексами в кубической сингонии.
- •III. Тесты для самоконтроля студентов
- •IV. Конспект лекций
- •Глава 1. Азбука кристаллографии
- •Пространственная решетка
- •1.2. Система координат.
- •1. 3. Индексы узлов, узловых прямых и узловых плоскостей.
- •1.4. Элементарная ячейка кристалла.
- •1. 5. Элементы симметрии.
- •1. 6. Cингонии.
- •1.7. Обратная решетка
- •Приложение к главе 1
- •Характеристика сингоний кристаллов.
- •Связь между индексами (hkl), величиной d и периодами решетки a, b, с для каждой сингонии.
- •Число идентичных плоскостей p для совокупностей с разными индексами в кубической сингонии.
- •Глава2. Методы структурного анализа
- •2.1. Общие положения.
- •2.2. Дифракция Вульфа – Брэгга.
- •2.3. Метод Лауэ.
- •2.4. Метод вращения кристалла.
- •2.5 . Порошковый метод Дебая – Шеррера.
- •Глава 3. Межатомное взаимодействие. Основные типы связей в твердых телах
- •3.1. Классификация твердых тел. Типы связей
- •3.2. Энергия связи
- •3.3. Молекулярные кристаллы
- •3.4. Ионные кристаллы
- •3.5. Ковалентные кристаллы
- •3.6. Металлы
- •Глава 4. Элементы квантовой статистики
- •4.1. Квантовая статистика. Фазовое пространство. Функция распределения
- •4.2. Понятие о квантовой статистике Бозе — Эйнштейна и Ферми- — Дирака
- •4.3. Вырожденный электронный газ в металлах
- •4.4. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы
- •4.5. Выводы квантовой теории электропроводности металлов
- •4.6. Сверхпроводимость. Понятие об эффекте Джозефсона
- •Глава 5. Электрические свойства твердых тел.
- •5.1. Понятие о зонной теории твердых тел
- •5.2. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории
- •5.3. Собственная проводимость полупроводников
- •5.4. Примесная проводимость полупроводников
- •5. 5. Фотопроводимость
- •5 6. Люминесценция твердых тел
- •5.7. Контакт двух металлов по зонной теории
- •5 8. Термоэлектрические явления и их применение
- •Физика твердого тела
- •625003, Г. Тюмень, ул. Семакова, 10.
IV. Конспект лекций
ВВЕДЕНИЕ
Физика твердого тела является фундаментом современной техники и ее роль постоянно возрастает. Совершенно очевидно, что специалисты, заканчивающие университеты по направлению «Техническая физика», должны обладать глубокими знаниями в области физики твердого тела.
К настоящему времени издан ряд книг по физике твердого тела как отечественных, так и зарубежных авторов. Каждая из них хороша по-своему. Большинство изданий, однако, могут служить учебными пособиями для студентов - физиков, прослушавших курс квантовой механики, являющейся основой физики твердого тела. К наиболее удачным пособиям следует отнести книги Н. Ашкрофта и Н. Мермина «Физика твердого тела» и Ч. Киттеля «Введение в физику твердого тела», в которых, правда, главное внимание уделено теории твердого тела. Однако в них, так же как и в большинстве других книг, недостаточное внимание обращено на основные применения научных достижений в физике твердого тела. Кроме того, малый объем часов, отводимых в цикле дисциплин специализаций курсу «физика твердого тела» специальности «теплофизика» не позволяет в полной мере использовать данные книги.
Данное учебное пособие написано на основе курса лекций, читаемого автором в течение нескольких лет студентам – теплофи-зикам Тюменского государственного университета. Оно рассчитано также на студентов других инженерных специальностей университетов, имеющих подготовку лишь в рамках общей физики.
Физика твердого тела представляет собой один из важнейших разделов современной науки. Благодаря успехам физики твердого тела стали возможны огромные достижения квантовой электроники, полупроводниковой техники, достижения в области создания материалов с уникальными физическими свойствами, определяющие в значительной степени важнейшие направления научно-технического прогресса. Одной из наиболее важных задач, стоящих перед учеными и специалистами в области физики твердого тела, является задача создания материалов с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не создала природа. Неудивительно поэтому, что примерно половина всех физиков мира — исследователей и инженеров — занимаются теми или иными вопросами физики твердого тела. Большой вклад в развитие физики твердого тела внесли российские ученые Я. И. Френкель, Л. Д. Ландау, В. Л. Гинзбург, А. В. Шубников, Н. В. Белов, Н. Н. Боголюбов, Ж.И. Алферов и многие другие.
Твердые тела — это вещества, которые обладают некоторой жесткостью по отношению к сдвигу. Структура таких веществ обычно является кристаллической. Кристаллы характеризуются правильным расположением атомов. В них существует строгая повторяемость одних и тех же элементов структуры (атомы, группы атомов, молекулы). Кроме кристаллических веществ, в природе имеются также аморфные твердые тела, в которых отсутствует характерный для кристаллов «дальний» порядок. В то же время в них наблюдается определенная упорядоченность в расположении атомов, характеризуемая так называемым «ближним» порядком. Различие в структуре этих двух групп твердых тел приводит к различию в их физических свойствах.
Физика твердого тела — это наука о строении, свойствах твердых тел и происходящих в них явлениях.