固体物理第三章1-2.ppt

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3n个线性齐次方程组: ?mp?2Ap? = … (p = 1, 2, …, n; ? =x, y, z) 由振幅A p?有非零解的条件, 可解出3n个?的实根。其中,有3个在q ? 0时 vAi(q)是q方向传播的弹性波的速度,是常数 此时 A1? = A2? = …= An? 原胞作刚性运动,这三支是声学波,其余(3n-3)支是光学波(频率更高) ?Ai = vAi(q)q (i = 1, 2, 3) 二、色散关系 周期性边界条件: 波矢q具有倒格矢量纲 则: 其中: 三维格波波矢不是连续的 波矢的点阵具有周期性,一个重复单元对应一个波矢点。 最小重复单元体积: 波矢密度: 原子的位移不不变。 波矢q取值限制在一个倒格原胞范围(简约布里渊区)。波矢可取的数目(晶体的原胞数目): 由于波矢增加一个倒格矢: 对于一个波矢q,有3个声学波,(3n?3)个光学波; 晶格振动的模式数目:3nN(所有原子自由度数之和)。 晶格振动的模式数目等于原子的自由度数之和。 晶格振动的波矢数目等于晶体的原胞数目。 第三章 晶格振动与晶体的热学性质 格点:在研究晶体的几何结构和晶体结合时,组成晶体的原子被认为是固定在指点位置(平衡位置)静止不动的理想化模型。 实际情况如何?晶格振动。在T?0 K下,组成晶体的原子并不是静止不动的,而是围绕平衡位置作微小振动,由于平衡位置就是晶格格点,所以称为晶格振动。 晶格振动的研究 —— 晶体的热学性质 固体热容量 —— 热运动是晶体宏观性质的表现 杜隆-珀替经验规律 —— 一摩尔固体有N个原子,有3N个振动自由度,按能量均分定律,每个自由度平均热能为kT,摩尔热容量 3Nk=3R —— 实验表明在较低温度下,热容量随着温度的降低而下降 晶格振动 —— 研究固体宏观性质和微观过程的重要基础 晶格振动 —— 晶体的热学性质、电学性质、光学性质、超 导电性、磁性、结构相变有密切关系 § 3.1 一维晶格的振动 § 3.2 三维晶格的振动 § 3.3 简正振动 声子 § 3.4 晶格振动谱的实验测定方法 § 3.5 晶格振动的热容理论 § 3.6 晶格振动的非简谐效应 本 章 主 要 内 容 § 3.1 一维晶格的振动 格波的研究 —— 先计算原子之间的相互作用力 —— 根据牛顿定律写出原子运动方程,最后求解方程 一、一维简单格子 严格求解晶格振动是一个非常复杂的问题 :由于晶体原子间存在着相互作用力,任何一个原子的振动都必然影响到其它原子,也必然受到其它原子的影响。 一维单原子链(近似方法): 一维晶格(质量为m的全同原子组成 ),晶格常数为a。 —— 原子之间的作用力 第n个原子离开平衡位置的位移 第n个原子和第n+1个原子间的相对位移 第n个原子和第n+1个原子间的距离 两原子间的相互作用势为U(r),它们之间的作用力: 序号n和n+1的两个原子在t时刻的距离为: r = un+1 + a -un 小振动,U(r)与U(a) 差别不大,在平衡位置泰勒级数展开: 相互作用力: = 0 忽略 简谐近似 (d2U/dr2)a = ? 第n和n+1的两个原子的相互作用力: r = un+1 + a -un 与弹簧受力f=-kx比较:常数? 为弹性恢复力系数 。 最近邻近似: (1)第n个原子受到第n-1个原子的作用力?(un-un-1)

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