22-Sep-17 SOLID-STATE PHYSICS (VẬT LÝ CHẤT RẮN) Text Book: C.Kittel, "Introduction to Solid State Physics", 8th ed.,Wiley (2005) Thư viện Tạ Quang Bửu, ĐHBK HN: “Nhập môn Vật lý chất rắn, C Kittel” Cấu trúc tinh thể • • • • • Các dãy tuần toàn nguyên tử Các loại mạng tinh thể Hệ thống số cho mặt tinh thể Các cấu trúc tinh thể đơn giản Hình ảnh trực tiếp cấu trúc ngun tử • Các liệu Phân tích cấu trúc 22-Sep-17 Các dãy tuần toàn nguyên tử Minh chứng thực nghiệm cấu trúc tuần hồn: • Các số nhận dạng tích phân • Nhiễu xạ tia X (Lý thuyết Laue) Tinh thể tạo thành từ khối đồng dạng Các véc tơ dịch chuyển mạng tinh thể Tinh thể = Mạng tinh thể + Bộ véc tơ dịch chuyển d Mạng tinh thể = tập hợp điểm cho l ni i 1 d = kích thước mạng tinh thể ni integers = véc tơ dịch chuyển Phần thể tích giới hạn gọi ô sở (cell) Tinh thể bất biến phép dịch chuyển Tl r r l r (1) Nếu đôi hai điểm tương đương tinh thể thỏa mãn (1), gọi véc tơ dịch chuyển sở (gọi tắt véc tơ sở) Ô mạng gới hạn véc tơ sở gọi ô mạng sở 22-Sep-17 d Cơ sở: ρ i i 1 i Ô mạng (tinh thể) sở Recapitulation: Hình khối xác định cạnh gọi mạng Ơ mạng phải bảo đảm điền đầy không gian thực tất phép dịch chuyển tinh thể Hình khối xác định cạnh véc tơ sở gọi ô mạng sở Tinh theer có ngun tử mạng sở gọi tinh thể Bravais Các đặc tính mạng sở: • Thể tích ô mạng tối thiểu • Số nguyên tử chứa mạng tối thiểu • Chỉ chứa điểm mạng tinh thể Vc a1 a a3 Ơ mạng Wigner-Seitz Là mạng sở cho điểm mạng tinh thể nằm tâm giới hạn mặt phẳng trung trực đoạn thẳng nối tâm ô mạng tới điểm mạng lân cận gần 22-Sep-17 Các loại mạng tinh thể Chỉ tồn tự nhiên loại mạng thỏa mãn phép quay Cn với n = 2, 3, tương hợp với đối xứng dịch chuyển Tồn tất 32 nhóm điểm tinh thể (còn gọi lớp mạng) Các mạng tinh thể với nhóm điểm (đối xứng) lớn nhóm vào hệ thống mạng tinh thể Trong không gian ba chiều (3-D) tồn hệ thống mạng tinh thể Người tinh thể sở (được ký hiệu ký tự P R ), số hệ thống mạng tinh thể cho phép lồng tâm một/các mạng tinh thể khác (được ký hiệu C, A, F, I ) → Có tất 14 mạng Bravais (loại mạng tinh thể) không gian 3-D không gian hai chiều (2-D) Người ta chia chi tiết mạng tinh thể 240 nhóm đối xứng 2-D Bravais Lattices 22-Sep-17 System triclinic monoclinic orthorhombic tetragonal rhombohedral (trigonal ) hexagonal cubic Specifications abc abc 90 abc 90 abc 90 abc 120 abc 90 120 abc 90 14 Bravais lattices 32 Classes t C1 , Ci m , mb C s , C2 , C h o , ob , ov , of C2 v , D2 , D2 h q , qv rh h c , vc , cf S4 , D2 d , C4 , C4 h , C4 v , D4 , D4 h C3 , S6 , C3v , D3 , D3d C3h , D3h , C6 , C6 h , C6 v , D6 , D6 h T , Th , Td , O , Oh Γ = P = primary , Γb = C = base centered, Γv = I = body centered, Γf = F = face centerd Các mạng tinh thể lập phương 22-Sep-17 Hệ thống số cho mặt tinh thể Chỉ số Miller mặt tinh thể Ta xác định theo bước sau: Biểu diễn khoảng cách tới điểm cắt mặt tinh thể trục theo đơn vị số mạng a1 , a2 , a3 Lấy đảo ngược giá trị Chuyển chúng số nguyên (nhỏ nhất) với tỷ lệ: (h,k,l) Các điểm cắt 3a1, 2a2, and 2a3 Các số nghịch đảo : (1/3, 1/2, 1/2) Các số Miller = (233) 22-Sep-17 Các cấu trúc tinh thể đơn giản Sodium Chloride (NaCl) Cấu trúc Cesium Chloride Cấu trúc xếp chặt (Close-Packed) ABCABC… → fcc ABABAB… → hcp Cấu trúc lục giác xếp chặt (Hexagonal Closed-Packed) 22-Sep-17 Cấu trúc kim cương Cấu trúc lập phương Zinc Sulfide (còn gọi zinc blende hay giả kẽm) Hình ảnh trực tiếp cấu trúc nguyên tử Ảnh hiển vi điện tử tunnel (Scanning Tunneling Microscopy) Bề mặt (111) fcc Pt 4K Khoảng cách đến lân cận gần = 2.78A 22-Sep-17 Các cấu trúc tinh thể không lý tưởng Xếp chặt: ABCABC… → fcc ABABAB… → hcp Sắp xếp ngẫu nhiên Đa thù hình (Polytypism): xếp với chu kỳ dài Ví dụ, ZnS có >150 polytypes; chu kỳ dài =360 lớp SiC có >45 polytypes; chu kỳ dài nhất=594 lớp Nguyên nhân: bước xoắn gây sai hỏng xếp q trình tạo mầm ni tinh thể Crystal Structure Data 22-Sep-17 10