BÀI GIẢNG MÔN BỘ MÔN VẬT LÝ CHẤT RẮN CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÁN BỘ GIẢNG DẠY: Ths. Vũ Thò Phát Minh GIÁO TRÌNH SỬ DỤNG CHO MÔN HỌC: VẬT LÝ CHẤT RẮN CỦA TÁC GIẢ: LÊ KHẮC BÌNH – NGUYỄN NHẬT KHANH 4 TÍN CHỈ (60TIẾT: 45 TIẾT LÝ THUYẾT + 15 TIẾT BÀI TẬP) NỘI DUNG MÔN HỌC I. TINH THỂ CHẤT RẮN. II. LIÊN KẾT TRONG TINH THỂ CHẤT RẮN. III. DAO ĐỘNG MẠNG TINH THỂ. IV. TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA CHẤT RẮN. V. KHÍ ĐIỆN TỬ TỰ DO TRONG KIM LOẠI. VI. NĂNG LƯNG CỦA ĐIỆN TỬ TRONG TINH THỂ CHẤT RẮN. VII. CÁC CHẤT BÁN DẪN ĐIỆN. CHƯƠNG I. TINH THỂ CHẤT RẮN A.LÝ THUYẾT Phần I. ĐẠI CƯƠNG VỀ TINH THỂ I. CÁC TRẠNG THÁI CƠ BẢN CỦA VẬT CHẤT TRONG TỰ NHIÊN. II. MẠNG TINH THỂ Phần II. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC TINH THỂ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X. I. CÔNG THỨC NHIỄU XẠ CỦA VULF – BRAGG II. CẦU PHẢN XẠ CỦA EWALD III. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỤP TINH THỂ BẰNG TIA X B.BÀI TẬP I. CÁC TRẠNG THÁI CƠ BẢN CỦA VẬT CHẤT TRONG TỰ NHIÊN. II. MẠNG TINH THỂ. Chương I- TINH THỂ CHẤT RẮN PHẦN I - ĐẠI CƯƠNG VỀ TINH THỂ I. CÁC TRẠNG THÁI CƠ BẢN CỦA VẬT CHẤT TRONG TỰ NHIÊN  Trong tự nhiên vật chất tồn tại dưới 3 trạng thái cơ bản (các trạng thái ngưng tụ của vật chất): RẮN - LỎNG - KHÍ Rắn = Tinh thể + vô đònh hình  Cấu trúc :  Tinh thể : cấu trúc có độ trật tự cao nhất.  Khí : cấu trúc hoàn toàn mất trật tự.  Lỏng: phân tích cấu trúc bằng tia X, tia e - và nơtron với phương pháp chủ yếu của Debye và Laue ⇒ cấu trúc lỏng gần với tinh thể hơn khí. Thể RẮN Thể LỎNG Thể KHÍ Các trạng thái của vật chất Các trạng thái của vật chất Thể PLASMA Chất lưu Tinh thể Vô đònh hình Độ mất trật tự Pyrite Pyrite Đường Đường Kim cương Kim cương Thạch anh Thạch anh MỘT SỐ TINH THỂ TRONG TỰ NHIÊN Bán dẫn Bán dẫn Siêu dẫn Siêu dẫn Laser Laser Màn hiển thò Màn hiển thò MỘT SỐ ỨNG DỤNG II. MẠNG TINH THỂ  Mạng tinh thể dùng mô tả cấu trúc tinh thể. Cấu trúc tinh thể = mạng tinh thể + cơ sở A. CẤU TRÚC TINH THỂ ° Tinh thể lí tưởng = sự sắp xếp đều đặn trong không gian các đơn vò cấu trúc giống hệt nhau. ° Đơn vò cấu trúc = cơ sở = một nguyên tử, một nhóm nguyên tử hay các phân tử (có thể tới hàng trăm nguyên tử hay phân tử. VD: chất hữu cơ) Tinh theồ NaCl Tinh theồ NaCl Giaỷi phoựng Giaỷi phoựng NaCl NaCl MAẽNG TINH THE NaCl MAẽNG TINH THE NaCl [...]... mạng tinh thể trùng l i v i chính nó g i là yếu tố đ i xứng b CÁC LO I YẾU TỐ Đ I XỨNG Phép tònh tiến bảo toàn mạng T  Mặt phẳng đ i xứng P (m)  Tâm đ i xứng C  Trục đ i xứng Ln  PHÉP TỊNH TIẾN BẢO TOÀN MẠNG  Khi tònh tiến tinh thể i một véctơ T thì tinh thể trùng l i v i chính nó MẶT Đ I XỨNG GƯƠNG P (m) Mặt phẳng chia tinh thể làm hai phần bằng nhau v i i u kiện phần này như ảnh của phần kia... Trục đ i xứng L6 A4 a A2 TRỤC Đ I XỨNG NGHỊCH ĐẢO Lin Trục  đ i xứng nghòch đảo (trục nghòch đảo) Lin = n đó là một đường thẳng mà tinh thể sau khi quay quanh nó một góc αn r i cho đ i xứng i m chính giữa của tinh thể thì tinh thể trở l i vò trí tương tự v i vò trí ban đầu Lin = Ln * C  Các lo i trục nghòch đảo : Li1 = C, Li2 = P, Li3 = L3C, Li6 = L3P và Li4  Tóm l i, trong tinh thể vó mô có thể. .. xác đònh miền thể tích nhỏ nhất và đó là ô Wigner – Seitz  Ngược l i thì ô Wigner – Seitz được xác đònh đồng th i cả hai lo i mặt sao cho ô có thể tích nhỏ nhất CÁCH VẼ Ô WIGNER – SEITZ CHO MẠNG 2 CHIỀU Ô Wigner-Seitz của mạng lập phương tâm mặt Ô Wigner-Seitz của mạng lập phương tâm kh i Ô WignerSeitz của mạng lập phương 3 SỰ Đ I XỨNG CỦA MẠNG TINH THỂ a YẾU TỐ Đ I XỨNG Phép biến đ i không gian làm... được nhóm đ i xứng không gian Có 230 nhóm không gian 5 CÁC LO I MẠNG CƠ BẢN (MẠNG BRAVAIS) a Ô MẠNG BRAVAIS M i hệ tinh thể sẽ có một ô cơ sở ⇒ 7 ơ cơ sở của các mạng thuộc bảy hệ tinh thể khác nhau ⇒ Ô Bravais  3 i u kiện để chọn ô Bravais:  Ô ph i mang tính đ i xứng cao nhất của hệ tinh thể  Ô có số góc vuông lớn nhất hoặc số cạnh bằng nhau và số góc bằng nhau ph i nhiều nhất  Ô có thể tích nhỏ... mặt gương đặt t i P Q : không ph i mặt P, P’: mặt đ i xứng gương đ i xứng gương Q P’ P TÂM Đ I XỨNG C = 1 Là một i m C nằm bên trong tinh thể có đặc tính một phần tử bất kỳ trong tinh thể qua nó cũng có i m đ i xứng v i nó qua C C C C C Có tâm đ i xứng Không tâm đ i xứng Có tâm đ i xứng TRỤC Đ I XỨNG XOAY Ln Trục đ i xứng là một đường thẳng khi quay quanh nó tinh thể trở l i trùng v i chính nó Góc.. .Cơ sở + Mạng tinh thể = Cấu trúc tinh thể B- BIỂU DIỄN MẠNG TINH THỂ 1 TÍNH TUẦN HOÀN MẠNG  M i nút của mạng đều suy được từ một nút gốc bằng những phép tònh tiến :     T = n1a1 + n 2 a 2 + n 3a3    a1 , a 2 , a3 là 3 vectơ tònh tiến không đồng phẳng = Véc tơ tònh tiến cơ sở  T = véctơ tònh tiến bảo toàn mạng tinh thể n1, n2, n3 là những số nguyên hay... mạng (tức hệ tinh thể)  Số cạnh bằng nhau và số góc (giữa các cạnh) bằng nhau của ô mạng ph i nhiều nhất  Nếu có góc vuông giữa các cạnh thì số góc đó ph i nhiều nhất  Sau khi thỏa mãn các i u kiện trên, thì ph i thỏa mãn i u kiện thể tích ô mạng là nhỏ nhất  Ô WIGNER – SEITZ Ô Wigner – Seitz là một ô nguyên tố được vẽ sao cho nút mạng nằm ở tâm ô  Cách vẽ ô Wigner – Seitz 2 chiều:  Chọn một... xứng và các trục đ i xứng có được trong một tinh thể ⇒ nhóm đ i xứng i m Có 32 nhóm i m 7 HỆ – 3 HẠNG TINH THỂ Hệ ba nghiêng- Hệ một nghiêng - Hệ trực thoi – Hệ ba phương - Hệ bốn phương - Hệ sáu phương - Hệ lập phương  Hạng thấp: hệ ba nghiêng, hệ một nghiêng, hệ trực thoi  Hạng trung: hệ ba phương, hệ bốn phương, hệ sáu phương  Hạng cao: hệ lập phương Nếu kết hợp thêm phép tònh tiến bảo toàn mạng... nút mạng tinh thể a nên khoảng cách giữa chúng ph i bằng: αn αn a A3A4 = k.a, v i k ∈ Z (2) A1 Từ (1) và (2) suy ra: Hình 1.3 1 - 2 cosαn = k Suy ra: -1 ≤ cosαn = (1 - k)/2 ≤ 1 ⇒ -1 ≤ k ≤ 3 k’ = -1 , 0, 1, 2, 3 Do đó:     Khi Khi Khi Khi k = -1 : cosαn = -1 ⇒ αn = α2 = 180o ⇒ Trục đ i xứng L2 k = 0: cosαn = - 1/2 ⇒ αn = α3 = 120o⇒ Trục đ i xứng L3 k = 1: cosαn = 0 ⇒ αn = α4 = 90o⇒ Trục đ i xứng L4... đ i xứng sau : C, P, L1, L2, L3, L4, L6, Li4, Li6 TÂM NGHỊCH ĐẢO 1 Phép đ i xứng qua tâm đ i xứng C tương đương v i phép quay một góc 3600 quanh một trục i qua C + 1 phép đ i xứng qua C ⇒ Tâm nghòch đảo 1 C Li1 = C 2 a1 1 a’1 O 1 5 3 P C 6 a2 2 Li2 = P P 4 Li3 = L3C 2 3 1 1 5 3 O O P 4 2 Li4 6 4 2 Li6 = L3P 4 HẠNG – HỆ TINH THỂ NHÓM I M Tập hợp các yếu tố đ i xứng gồm tâm đ i xứng, mặt phẳng đối . NHIÊN. II. MẠNG TINH THỂ. Chương I- TINH THỂ CHẤT RẮN PHẦN I - Đ I CƯƠNG VỀ TINH THỂ I. CÁC TRẠNG TH I CƠ BẢN CỦA VẬT CHẤT TRONG TỰ NHIÊN  Trong tự nhiên vật chất tồn t i dư i 3 trạng th i cơ. I N. CHƯƠNG I. TINH THỂ CHẤT RẮN A.LÝ THUYẾT Phần I. Đ I CƯƠNG VỀ TINH THỂ I. CÁC TRẠNG TH I CƠ BẢN CỦA VẬT CHẤT TRONG TỰ NHIÊN. II. MẠNG TINH THỂ Phần II. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC TINH THỂ BẰNG PHƯƠNG. CHẤT RẮN. III. DAO ĐỘNG MẠNG TINH THỂ. IV. TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA CHẤT RẮN. V. KHÍ I N TỬ TỰ DO TRONG KIM LO I. VI. NĂNG LƯNG CỦA I N TỬ TRONG TINH THỂ CHẤT RẮN. VII. CÁC CHẤT BÁN DẪN I N. CHƯƠNG