一、填空1. 固体按其微结构的有序程度可分为_______、_______和准晶体。
2. 组成粒子在空间中周期性排列,具有长程有序的固体称为_______;组成粒子在空间中的分布完全无序或仅仅具有短程有序的固体称为_________。
3. 在晶体结构中,所有原子完全等价的晶格称为______________;而晶体结构中,存在两种或两种以上不等价的原子或离子的晶格称为____________。
4晶体结构的最大配位数是____;具有最大配位数的晶体结构包括______________晶体结构和______________晶体结构。
5. 简单立方结构原子的配位数为______;体心立方结构原子的配位数为______。
6.NaCl 结构中存在_____个不等价原子,因此它是_______晶格,它是由氯离子和钠离子各自构成的______________格子套构而成的。
7. 金刚石结构中存在______个不等价原子,因此它是_________晶格,由两个_____________结构的布拉维格子沿空间对角线位移1/4的长度套构而成,晶胞中有_____个碳原子。
8. 以结晶学元胞(单胞)的基矢为坐标轴来表示的晶面指数称为________指数。
9. 满足2,2,1,2,3)0i j ij i j a b i j i j ππδ=⎧⋅===⎨≠⎩r r 当时 (,当时关系的123,,b b b r r r 为基矢,由112233h K hb h b h b =++r r r r 构成的点阵,称为_______。
10. 晶格常数为a 的一维单原子链,倒格子基矢的大小为________。
11. 晶格常数为a 的面心立方点阵初基元胞的体积为_______;其第一布里渊区的体积为_______。
12. 晶格常数为a 的体心立方点阵初基元胞的体积为_______;其第一布里渊区的体积为_______。
13. 晶格常数为a 的简立方晶格的(010)面间距为________14. 体心立方的倒点阵是________________点阵,面心立方的倒点阵是________________点阵,简单立方的倒点阵是________________。
15. 一个二维正方晶格的第一布里渊区形状是________________。
16. 若简单立方晶格的晶格常数由a 增大为2a ,则第一布里渊区的体积变为原来的___________倍。
17. 考虑到晶体的平移对称性后,晶体点群的独立对称素有_______种,分别是________________________________。
18. 按结构划分,晶体可以分为_______大晶系,共_________种布拉维格子。
19. 对于立方晶系,有___________、_________和_________三种布拉维格子。
20. 晶面间距为d,入射X射线波长为 ,则布拉格公式可以表示为__________。
21. 若几何结构因子F(Kh)=0,则由劳厄方程所允许的衍射极大并不出现,这种现象叫____________。
22.晶体结合有________ 种基本类型,分别是______________________________ _______________________________________其共同吸引力都是_________引力。
23. Lennard-Jones(勒纳—琼斯)势描述的是______________晶体的势能。
24. 共价键结合的两个基本特征是___________和___________。
25. 金属键结合的基本特征是____________________。
26. 晶格振动的能量量子称为______,其能量和准动量表示为_______和______。
27. Si、Ge等具有金刚石结构,每个元胞中含有_______个原子,它有_______支格波,其中声学波______支,光学波______支。
28. 元胞中有n个原子,那么在晶体中有______支声学波和______支光学波。
29. 由N个原子组成的一维单原子链,第一布里渊区中的独立波矢数目为________。
30. 由N个元胞构成的晶体,元胞中有n个原子,晶体共有____个独立振动模式。
31. 晶体中的典型非谐效应是________________。
32. 描述晶体中长光学波的基本方程—黄昆方程的形式_______________。
33. 能带论建立在三个基本近似的基础上,分别是_____________、____________和______________________。
34. 布洛赫定理表明:处在晶格周期性势场中运动的电子,其波函数满足:______________________________,且本征函数描述的是___________________调幅平面波。
35. 晶体中电子能谱在布里渊区边界处发生_____________。
36. 能带顶部电子的有效质量为______,能带底部电子的有效质量为______(正,或负)。
37. 在所有晶体中,不考虑能带交叠,处于_______带的电子,无论有无外场,均对宏观电流的产生没有贡献。
38. 德·哈斯-范·阿尔芬效应是研究金属____________的有力工具。
39. 自由电子系统的费米能为E F ,则T=0 K 时每个电子的平均能量为_________。
40. 0=T K 时,在0F E E ≤区域内费米分布函数()E f 等于__________。
二、 选择1. 晶体结构的基本特征是( )A 、各向异性B 、周期性C 、自范性D 、同一性2. 氯化铯晶体的布拉伐格子是( )A. 面心立方B. 体心立方C. 底心立方D. 简单立方3. 下列晶体的晶格为复式晶格的是( )A. 钠B. 金C. 铜D. 磷化镓4.布里渊区的特点不包括( )A 、各个布里渊区的形状都是相同的B 、各布里渊区经过适当的平移,都可以移到第一布里渊区且与之重合C 、每个布里渊区的体积都是相同的D 、无论晶体是由哪种原子组成,只要布拉维格子相同,其布里渊区形状就相同5. 晶格常数为的简立方晶格的(210)面间距为( ) A. B. C. D.6. 三维晶格的原胞体积与倒格子的原胞体积之积等于( ) A. (2π)3 B. (2π)2 C. 2π D. 17. 一个立方体的宏观对称操作共有( )A. 230个B. 320个C. 48个D. 32个8. 晶体结构的实验研究方法是( )A. X 射线衍射B. 中子非弹性散射C. 回旋共振D. 霍耳效应9. 不属于晶体独立对称素的是( )A、1B、3C、5D、i10. 下列不属于晶体基本结合类型的是()A、共价键结合B、离子键结合C、氢键结合D、混合键结合11. Lennard-Jones Potentia(勒纳—琼斯势)是描述的是()结构的势能A.非极性晶体分子B.金属晶体C.原子晶体D.离子晶体12. 晶格振动的能量量子称为()A、极化子B、激子C、声子D、光子13. 利用德拜模型对于二维晶体其热容在低温时随温度是按()变化的。
A.不变B.T C.T2D.T314. 有N个初基元胞的二维简单正方形晶格,简约布里渊区中的分立波矢状态有()A. N种B. 2N种C. N/2种D. N2种15. 对于一维单原子链晶格振动,如果最近邻原子之间的力常数β增大为4β,则晶格振动的最大频率变为原来的()A. 2倍B. 4倍C. 16倍D. 不变16. 下列哪一种物理量体现了晶体的简谐效应()A、晶体热容B、晶体热传导C、晶体热膨胀D、晶体电导17. 能带论是建立在()的基本假设之上的。
A、周期性势场B、恒定势场C、无势场D、无序势场18. 三维自由电子的能态密度与能量E的关系是正比于()A、E-1/2B、E0C、E1/2D、E19. N个原子组成晶格常数为a的简立方晶体,单位空间可容纳的电子数为()A. NB. 2NC. Na3/(2π)3D. 2Na3/(2π)320. 某种晶体的费米能决定于()A.晶体的体积B.晶体中的总电子数C.晶体中的电子浓度D. 晶体的形状21. 晶格常数为的一维晶体电子势能的傅立叶展开式前几项(单位为eV)为在近自由电子近似下, 第一个禁带的宽度为( )A. 0eVB. 1eVC. 2eVD. 4eV22. 具有不满带的晶体,一定是( )A 、 半导体B 、绝缘体C 、导体D 、超导体23. 不属于计算布洛赫电子能谱方法的是( ) A 、 近自由电子近似 B 、紧束缚近似 C 、 准经典近似 D 、平面波法24. 在0 T K 时,F E 上电子占有几率为( )A .0B .1C .21 D .随T 而变 25. 碱金属的费米面具有什么形状?( )A .球形B .畸变很大的球,某些方向上形成圆柱形颈C .稍稍变形的球形D .分布在多个布里渊区的复杂形状三、 简答1. 考虑到晶体的平移对称性后,晶体点群的独立对称素有哪些?2. 晶体结合的基本类型有哪几种?3. 试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。
4. 什么是声子?对于一给定的晶体,它是否拥有一定种类和一定数目的声子?5. 什么是固体比热的德拜模型?简述其计算结果的意义。
6. 简述爱因斯坦模型及其成功、不足之处。
7. 在较低温度下,德拜模型为什么与实验相符?8. 能带论作了哪些基本近似?9. 简述近自由电子近似模型、方法和所得到的的主要结论。
10. 简述紧束缚近似模型的思想和主要结论。
11. 近自由电子近似与紧束缚近似各有何特点?12. 什么情况下必须考虑电子对固体热容的贡献?为什么?13. 试讨论金属费米面是如何构造的,碱金属和贵金属的费米面都是什么样的?14. 请分析未满带电子为什么在有外场时会导电的原因?15. 怎样用电子在能带中分布情况来区分一个晶体是导体、绝缘体还是半导体。
(注:同样一个问题,简答题的问法可能不限于一种)四、 证明1. 试证明体心立方点阵和面心立方点阵互为正倒点阵。
2. 矢量a ,b ,c 构成简单正交系,试证明晶面族(hkl)的面间距为3. 带±e 电荷的两种离子相间排成一维晶格,设N 为元胞数,0/n n A r 为排斥势,0r 为正负离子间距。
求证,当N 有很大时有:(a )马德隆常数2ln 2α= ;(b )结合能2002ln 2114Ne W r n πε⎛⎫=- ⎪⎝⎭4. 试证明:如果NaCl 结构中离子的电荷增加一倍,晶体的平衡距离()()110024n r e r e -=。
5. 设某三维晶体光频声子的色散关系为()20q Aq ωω=-,试证明,其声子谱密度为()()120min 03220min ,40, 0, V A ωωωωωπρωωωωω⎧-<<⎪⎪⎪=>⎨⎪<⎪⎪⎩式中223min 06N A V πωω⎛⎫=- ⎪⎝⎭,N 为晶体的元胞数. 6. 证明频率为的声子模式的自由能为ln 2sinh 2B B k T k T ω⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦h 7. 在单原子组成的一维点阵中,若假设每个原子所受的作用力左右不同,其力常数如下图所示相间变化,且12ββ>.试证明:在这样的系统中,格波仍存在着声频支和光频支,其格波频率为()122112122124sin ()211qa M ββββωββ⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎢⎥+⎪⎪=±-⎨⎬⎢⎥+⎪⎪⎢⎥⎣⎦⎪⎪⎩⎭五、计算题1. 求晶格常数为a 的面心立方和体心立方晶体晶面族(321h h h )的面间距。