VẬT RẮN TINH THỂ.pdf

Vật rắn tinh thể PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Giáo trình vật lý chất rắn đại cơng NXH Khoa học &Kỹ thuật H nội 2003 Đỗ Trần Cát v các tác giả khác Vật lý đại cơng Tập ba, phần hai NXB Giáo Dục 1999 Đặng Quang Khang Nguyễn Xuân Chi Vật lý đại cơng Tập ba Xuất bản 2000 Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Tinh thể v vô định hình Môi trờng liên tục: khi bớc sóng khảo sát lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử ( > a) Tinh thể: Có trật tự xa, tuần hon Vô định hình: Trật tự gần, vô trật tự Môi trờng không liên tục: Khi bớc sóng khảo sát nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách giữa các nguyên tử ( <= a) I. Mô hình cấu trúc tuần hon của vật rắn tinh thể :Phép tịnh tiến Tịnh tiến đi một véc tơ tịnh tiến-> lặp lại nh điểm xuất phát Tịnh tiến ô cơ sở lấp đầy không gian a T = na BB anT 1 r r = a r b r Hai vÐc t¬ , dùng thμnh«c¬b¶n. a r b r TÞnh tiÕn « c¬ b¶n th× lÊp ®Çy kh«ng gian. TÝnh tuÇn hoμn cña cÊu tróc tinh thÓ: c r b r a r PhÐp tÞnh tiÕn: r r r ′ r T r cb2a2T r r r r −−= T r r r r r + = ′ TÝnh tuÇn hoμn cña cÊu tróc tinh thÓ: TÞnh tiÕn tiÕn ®i mét vÐc t¬ tÞnh tiÕn ®−îc ®iÓm A’gièng hoμntoμn®iÓmA T r A A’ v phép đối xứng điểm Phép quay: Quay tinh thể quanh 1trục qua điểm bất kì đi 1 góc bằng 2/n tinh thể trùng nh ban đầu -> trục đối xứng bậc n. Đối xứng gơng qua mặt phẳng m chứa trục quay m n Kí hiệu n m n rr r r Phép nghịch đảo: Sau phép thì Tập hợp các phép đối xứng điểm l nhóm điểm của tinh thể Phải phù hợp với phép tịnh tiến: n=1, 2, 3, 4, 6, 8, 9 Không có bậc 5 v bậc 7 kí hiệu n=2 n=4 n=3 m rr r r − ⇒ c r b r a r m 2 3 m 4 − Nhãm ®iÓm PhÐp quay+®èi xøng g−¬ng II.Liên kết tron g tinh thể Phân bố của các điện tử phải tuân theo nguyên lý Pauli. Các điện tích nh các ion v điện tử hoá trị phải sắ p xếp sao cho lực đẩy củađiệntíchcùngdấul ít nhất, lực hút của điện tích khác dấu l cao nhất. Tổng năng lợng trong tinh thể l thấp nhất. Thế năng l nhỏ nhất v động năng tăng ít. Năng lợng liên kết trong tinh thể tính bằng năng lợng tổng cộng của các hạt rời rạc trừ đi năng lợng của tinh thể. 1. Liên kết Van- der-Walls London: + - - - - + - - - - [...]... số Boltzmann 2 ở nhiệt độ thấp nhiệt CV ~ T3 đối với điện môi v CV~T đối với kim loại Nếu kim loại biến thnh siêu dẫn (trạng thái siêu dẫn) thì định luật giảm nhiệt dung nhanh hơn T 3 Trong các vật liệu từ thể rắn ở tất cả mọi vùng nhiệt độ nếu tồn tại trật tự hoá trong hệ các mômen từ thì phần đóng góp do trật tự từ vo nhiệt dung l đáng kể Dới 0,1K trật tự hoá các mômen từ hạt nhân có thể có đóng góp... mở rộng -3/a -2/a -/a 0 /a 2/a 3/a k Miền Brillouin thứ nhất Tóm tắt: Do tơng tác với trờng k thế tuần hon của các Ion vùng trong tinh thể, năng lợng cho của điện tử hoá trị chia thnh phép các vùng cho phép v vùng cấm xen kẽ nhau vùng cấm Giải thích tính chất điện của các tinh thể: V Dẫn V Dẫn V Hoá trị V Hoá trị Bán dẫn, Điện môi Kim loại Kim loại bán kim Điện môi: Vùng hoá trị điền đầy 100% điện... điện tử hoá trị Số giá trị véc tơ sóng k l N bằng số ô cơ bản của tinh thể, ứng với 1 giá trị véc tơ sóng có số lợng tử ms=1/2 Mỗi vùng có 2N trạng thái của điện tử (Số trạng thái trong 1 vùng l chẵn) Ơ Hoá trị lẻ l kim loại Ơ Hoá trị chẵn l điện môi Nếu có sự phủ nhau của các vùng thì vẫn l kim loại k k Phủ k Eg Eg Điện môi Kim loại Tinh thể bán dẫn: Si, Ge có 4 điện tử hoá trị: Vùng Hoá trị đầy, Vùng...- -+ - - R - -+ - - C u( r ) = 6 R 2 Liên kết Ion: e- +Cl = Cl- + 3,6 eV Na + 5,13 eV = Na+ + eNăng lợng tổng cộng của tinh thể l: Na++Cl- = NaCl + 7,9 eV R q exp( ) R 2 = U i, j 1 q R P i, j 2 Công thức Magdelung Na+ (erg) Cl- 3 Liên kết đồng hoá trị: 1 nguyên tử dùng chung 8 điện tử hoá trị với 4... B T = = = LT 2 2 0 3m.ne 3e 2 2 2 2 2 kB 8 2 L= = 2,45.10 W / K Hằng số Lorentz 3 e 2 IV.2 Mô hình vùng năng lợng tính đến tơng tác của các điện tử hoá trị với trờng thế tuần hon của ion trong tinh thể U(x) + + + + h2 d2 + U ( x ) ( x ) = (x) 2m dx 2 ikx iGx ( x ) = C( k )e U( x ) = U G e G Hm sóng l hm Block k r 1r k= G 2 Giải quyết đợc các vấn đề sau: a Tại biên giới vùng Brillouin . Vật rắn tinh thể PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Giáo trình vật lý chất rắn đại cơng NXH Khoa học &Kỹ thuật H nội 2003 Đỗ Trần Cát v các tác giả khác Vật lý đại cơng Tập ba, phần. lợng trong tinh thể l thấp nhất. Thế năng l nhỏ nhất v động năng tăng ít. Năng lợng liên kết trong tinh thể tính bằng năng lợng tổng cộng của các hạt rời rạc trừ đi năng lợng của tinh thể. 1. Liên. Quang Khang Nguyễn Xuân Chi Vật lý đại cơng Tập ba Xuất bản 2000 Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Tinh thể v vô định hình Môi trờng