Cơ sở vật lý chất rắn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH NH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN GS.TS Lê Khắc Bình 2006 NỘI DUNG MÔN HỌC tinh thể chất rắn liên kết tinh thể chất rắn dao động mạng tinh thể tính chất nhiệt chất rắn khí electron tự kim loại lượng electron tinh thể chất rắn chất bán dẫn điện tính chất từ chất rắn siêu dẫn Tính chất vật lý chất rắn cách tiếp cận : Xây dựng mô hình đơn giản dựa vào định luật biết để suy tính chất Xuất phát từ tính chất biết nguyên tử riêng lẻ xét xem tính chất thay đổi đưa nguyên tử lại gần để tạo thành chất rắn SÁCH CH THAM KHẢO Christman J R., Fundamentals of Solid State Physics, John Wiley & Son , 1988 Kittel Charles , Introduction to Solid State Physics, Seventh Edition, John Wiley & Son Inc., 1996 Bài 1) 2) 3) Mạng tinh thể Cấu trúc tinh thể số tinh thể đơn giản Phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X Các loại chất rắn Vật liệu kết tinh: nguyên tử xếp tuần hoàn không gian •* Đơn tinh thể: nguyên tử xếp tuần hoàn toàn không gian vật liệu •* Đa tinh thể: gồm nhiều tinh thể nhỏ hạt •Vật liệu vô định hình: nguyên tử xếp không tuần hoàn không gian CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Đa tinh thể I Cấu trúc tinh thể Tinh thể xếp tuần hoàn không gian nguyên tử phân tử = + Cấu trúc tinh thể = mạng tinh thể + sở CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN II Mạng ng tinh thể ρ a1 ρ a2 ρ a3 - vectơ tịnh tiến sở chọn tùy ý CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Cấu trúc lục giác xếp chặt : HCP HCP: Thứ tự xếp ABABAB Mặt phẳng thứ ba đặt thẳng mặt nguyên tử Mô tả cấu trúc Lục giác xếp chặt • • • • • • • • • • • • • • • • • Mạng Bravais : lục giác P Cơ sở : gồm nguyên tử ( 0,0,0 ) ( 2/3,1/3,1/2 ) Hệ số lấp đầy ( cầu ) : 0,74 Tỷ số a3/a1 = ( c / a ) = 1,633 Số phối trí : k = 12 a Cấu trúc lục giác xếp chặt : HCP CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Cấu trúc lục giác xếp chặt : HCP CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN IV Phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X Bước sóng , A Tia X Nơtron Electron Năng lượng photon X , keV Năng lượng nơtron , 0,01 eV Năng lượng electron ,100 eV Không thể phân biệt chi tiết bé bước sóng xạ mà ta dùng để quan sát chúng Khoảng cách nguyên tử tinh thể vào khoảng Å Muốn quan sát cấu trúc bên tinh thể cần dùng xạ có bước sóng cỡ Å Tia X : Bước sóng , A Tia X 12,4 λ(A0) = E(keV ) Với chùm neutron 0,28 Nơtron λ(A0) = E(eV) Electron 0,28 E(eV) Với chùm electron Năng lượng photon X , keV Năng lượng nơtron , 0,01 eV Năng lượng electron ,100 eV λ(A0) = 12 E(eV) 1) Sự nhiễu xạ từ họ mặt mạng ng tinh thể Định luật Bragg Giao thoa g cườ g Giao thoa tăntăgncườ ngnkhi Địnhluậ luậ t Bragg Định t Bragg Công thức Bragg : hệ tính chất tinh thể tính tuần hoàn mà không liên quan đến thành phần hóa học tinh thể cách xếp nguyên tử mặt phẳng phản xạ Năm 1915 hai cha nhà họ Bragg giải thưởng Nobel đóng góp lónh vực phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X Năm W.L Bragg 25 tuổi, người trẻ giải thưởng lớn sinh viên trường Cambridge § Chiếu tinh thể với tia X đơn sắc thường không cho tia nhiễu xạ để thỏa mãn công thức Bragg cần chiếu tia X theo chiều định với bước sóng xác định có nhiễu xạ từ họ mặt § Dựa vào công thức Bragg 2dsinθ = nλ sử dụng phương pháp sau : Ø giữ nguyên góc tới , thay đổi bước sóng : Phương pháp Laue Ø Giữ nguyên bước sóng, thay đổi góc tới : Phương pháp tinh thể quay Phương pháp Debye – Schrerrer ( phương pháp bột )• 2) Phương pháp Laue Nguồn tia X trắng Phim chụp tia X Collimator Tinh thể cố định Tia X Phim chụp ngược Phim chụp thuận Phương pháp Laue Tinh thể Tia X tới nh nhiễu xạ Laue Si theo chiều [001] Một điểm tương ứng với họ mặt tinh thể 3) Phương pháp tinh thể quay ng chuẩn trục Cổng Cổng vào Buồng Debye-Scherrer Giá lắp mẫu Cần khóa an toàn Phương phá phápp bộtt Phương 4) Phương pháp bột Phương pháp boät ... nút LP F : nút CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Ô C thuộc hệ bốn phương mô tả ô P hệ bốn phương Mạng lập phương tâm mặt lấp đầy ô lập phương ô mặt thoi CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Ô nguyên... chỗ lõm mặt thứ mà mặt thứ hai không chiếm CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Cấu trúc xếp chặt : FCC CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Cấu trúc xếp chặt : FCC CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN Cấu trúc lục giác xếp chặt : HCP HCP:... tinh thể chất rắn liên kết tinh thể chất rắn dao động mạng tinh thể tính chất nhiệt chất rắn khí electron tự kim loại lượng electron tinh thể chất rắn chất bán dẫn điện tính chất từ chất rắn siêu