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发表于2025-06-18|更新于2025-06-19
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文章作者: Jackson Z
文章链接: http://example.com/2025/06/18/solidphys-1/
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固体物理 - 第八章 目录 大量粒子的集体行为 周期晶格的后果 调控电子能带结构 超越单电子图像 超越完美晶体 大量粒子的集体行为 固体构成与准粒子 固体组成:固体=晶格离子+价电子=声子气体+电子气体\text{固体} = \text{晶格离子} + \text{价电子} = \text{声子气体} + \text{电子气体} 固体=晶格离子+价电子=声子气体+电子气体 声子气体: 含 NNN 原子的晶体 → 3N3N3N 个耦合量子谐振子 玻色-爱因斯坦统计:E=∑ℏωi(ni+12)E = \sum \hbar\omega_i \left( n_i + \frac{1}{2} \right)E=∑ℏωi​(ni​+21​) 决定热容等热学性质 电子气体: 费米-狄拉克统计:f(E)=1e(E−EF)/kBT+1f(E) = \frac{1}{e^{(E-E_F)/k_BT} +...
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基本概念与核性质 1. 原子的发现与模型演变 J.J.汤姆逊的葡萄干布丁模型 (1897) J.J.汤姆逊通过阴极射线实验发现电子,证明原子可分离出带负电的电子。 提出原子模型:正电荷均匀分布在整个原子空间(直径约10⁻¹⁰ m),电子嵌在其中,类似葡萄干布丁结构。 模型局限性:无法解释α粒子散射实验中的大角度偏转现象。 卢瑟福金箔实验 (1908) 实验装置:放射性镭源发射α粒子束(He²⁺离子),经铅盒准直后轰击薄金箔,用荧光屏探测散射粒子。 实验结果: 绝大多数α粒子直线穿过金箔 少数α粒子发生小角度偏转(<10°) 极少数α粒子(约1/8000)偏转角度 >90°,甚至反弹 理论与观测矛盾:葡萄干布丁模型预测α粒子最大偏转角 ≤0.01°,但实验观测到>90°偏转。 核式原子模型 卢瑟福基于实验提出: 原子中心存在带正电的原子核(直径约10⁻¹⁵ m),集中了绝大部分质量 电子绕核运动,原子大部分空间为空隙 核电荷量 ZeZ_eZe​(ZZZ为原子序数) 散射截面公式:b=Ze24πϵ0Eαcot⁡(θ2)b =...
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固体物理学 - 第二章:晶体的键合 目录 原子论与周期表 元素周期律与电负性 固体键合的一般性概念 范德瓦尔斯力 离子键 共价键 金属键 氢键与分子晶体 本章总结 原子论与周期表 原子论的核心思想 “倘若在某种大灾难中,所有科学知识均遭毁灭,且仅能将一句话传递给下一代生物,那么这句话应是原子论:一切事物皆由原子构成——微小粒子处于永恒运动之中,彼此稍有距离时相互吸引,但相互挤压时则相互排斥。” ——理查德·费曼,《费曼物理学讲义》 元素周期表演变 古代元素观(约2400年前) 1776年元素周期表 门捷列夫周期表(1869年): 首次系统性排列元素 成功预测未知元素性质 现代周期表: 按原子序数排列 同族元素化学性质相似 图:门捷列夫第一张周期表(1869) 原子壳层结构 电子排布:量子力学描述 主量子数 n(能级) 角量子数 l(轨道形状:s,p,d,f) 磁量子数 mₗ(空间取向) 自旋量子数...
2025-06-18
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固体物理 - 第三章:晶体结构 赵纪军、蒋雪、陈仲佳等 华南师范大学 物理学院 目录 晶体结构与平移对称性 七大晶系与十四种布拉伐格子 原胞与Wigner-Seitz原胞 晶体学空间群 常见晶体结构 本章总结 晶体结构与平移对称性 晶格定义 周期性阵列:原子在空间按几何规律排布的无限延伸结构 平移对称性:晶格在离散平移下保持不变r′=r+u1a1+u2a2+u3a3(ui∈Z)\mathbf{r}' = \mathbf{r} + u_1\mathbf{a}_1 + u_2\mathbf{a}_2 + u_3\mathbf{a}_3 \quad (u_i \in \mathbb{Z}) r′=r+u1​a1​+u2​a2​+u3​a3​(ui​∈Z) 基元:位于晶格格点上的原子/原子组 晶体结构 = 晶格 + 基元 图:NaCl晶体二维晶格示意图(红蓝点表示Na/Cl原子) 晶胞(Unit Cell) 定义:最小重复单元,填满空间无间隙 参数: 边长:a,b,ca, b, ca,b,c 夹角:α,β,γ\alpha, \beta,...
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固体物理 - 第四章:倒易晶格与X射线衍射 赵纪军、蒋雪、陈仲佳等 华南师范大学 物理学院 目录 倒易晶格与布里渊区 晶面与密勒指数 晶体的X射线衍射 干涉、衍射与布拉格定律 劳厄条件 结构因子与原子散射因子 本章总结 倒易晶格与布里渊区 倒易晶格定义 物理意义:描述晶格周期性的傅里叶空间表示 数学定义: 给定正晶格初基矢量 a1,a2,a3\mathbf{a}_1, \mathbf{a}_2, \mathbf{a}_3a1​,a2​,a3​,倒易晶格初基矢量为:b1=2πa2×a3a1⋅(a2×a3),b2=2πa3×a1a1⋅(a2×a3),b3=2πa1×a2a1⋅(a2×a3)\mathbf{b}_1 = 2\pi\frac{\mathbf{a}_2 \times \mathbf{a}_3}{\mathbf{a}_1 \cdot (\mathbf{a}_2 \times \mathbf{a}_3)}, \quad \mathbf{b}_2 = 2\pi\frac{\mathbf{a}_3 \times \mathbf{a}_1}{\mathbf{a}_1...
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