SOLID STATE PHYSICS VT LY CHT RN

Cấu trúc tinh thể • Các dãy tuần toàn của các nguyên tử • Các loại mạng tinh thể cơ bản • Hệ thống chỉ số cho các mặt tinh thể • Các cấu trúc tinh thể đơn giản • Hình ảnh trực tiếp của c

SOLID-STATE PHYSICS

(VẬT LÝ CHẤT RẮN)

Text Book :

C.Kittel, "Introduction to Solid State Physics", 8th ed.,Wiley (2005)

Thư viện Tạ Quang Bửu, ĐHBK HN:

“Nhập môn Vật lý chất rắn, C Kittel”

1 Cấu trúc tinh thể

• Các dãy tuần toàn của các nguyên tử

• Các loại mạng tinh thể cơ bản

• Hệ thống chỉ số cho các mặt tinh thể

• Các cấu trúc tinh thể đơn giản

• Hình ảnh trực tiếp của cấu trúc

nguyên tử

• Các dữ liệu Phân tích cấu trúc

Các dãy tuần toàn của các nguyên tử

Minh chứng thực nghiệm về các cấu trúc tuần hoàn:

• Các số nhận dạng tích phân

• Nhiễu xạ tia X (Lý thuyết Laue)

Tinh thể được tạo thành từ những khối đồng dạng

Các véc tơ dịch chuyển mạng tinh thể

Tinh thể= Mạng tinh thể + Bộ véc tơ dịch chuyển

Mạng tinh thể= tập hợp các điểm cho bởi

1

d

i

n



d = kích thước mạng tinh thể ai= các véc tơ dịch chuyển

Nếu các đôi hai điểm tương đương trong tinh

thể thỏa mãn (1), thì aiđược gọi là các véc tơ dịch chuyển cơ sở (gọi tắt là bộ véc tơ cơ sở)

(1)

Phần thể tích giới hạn bởi aiđược gọi là ô

cơ sở (cell)

Tinh thể bất biến đối với phép dịch chuyển



r r r l

Cơ sở:

1

d

i



ρ a 0  i 1

Ô mạng (tinh thể) cơ sở

Recapitulation:

Hình khối được xác định bởi các cạnh ai được gọi là ô mạng

Ô mạng phải bảo đảm điền đầy không gian khi thực hiện tất cả các phép dịch chuyển khả

dĩ trong tinh thể

Hình khối được xác định bởi các cạnh là các véc tơ cơ sở ai được gọi là ô mạng cơ sở

Tinh theer có 1 nguyên tử trong ô mạng cơ sở của nó được gọi là tinh thể Bravais

Các đặc tínhcủa ô mạng cơ sở:

• Thể tích ô mạng là tối thiểu

• Số các nguyên tử chứa trong ô mạng là tối thiểu

• Chỉ chứa duy nhất 1 điểm mạng tinh thể

c

V  a a   a

Ô mạng Wigner-Seitz

Là ô mạng cơ sở sao cho điểm mạng tinh thể nằm ở tâm và được giới hạn bởi các mặt

phẳng trung trực của các đoạn thẳng nối tâm ô mạng đó tới các điểm mạng lân cận gần

nhất

Các loại mạng tinh thể cơ bản

Chỉ tồn tại trong tự nhiên các loại mạng thỏa mãn các phép quay C n với n = 2, 3, 4 và 6

tương hợp với đối xứng dịch chuyển

Tồn tại tất cả là 32 nhóm điểm tinh thể (còn gọi là lớp mạng)

Các mạng tinh thể với cùng nhóm điểm (đối xứng) lớn nhất được nhóm vào cùng một

hệ thống mạng tinh thể Trong không gian ba chiều (3-D) chỉ tồn tại 7 hệ thống mạng

tinh thể

Người các tinh thể cơ sở (được ký hiệu bởi các ký tự P hoặc R ), một số hệ thống mạng

tinh thể có thể cho phép lồng ở tâm một/các mạng tinh thể khác (được chỉ bằng các ký

hiệu C, A, F, hoặc I ).

→ Có tất cả 14 mạng Bravais (loại mạng tinh thể) trong không gian 3-D và 5 trong

không gian hai chiều (2-D)

Người ta cũng chia chi tiết các mạng tinh thể trong 240 nhóm đối xứng

2-D Bravais Lattices

2

4

2

2

2

2

2

,

90

90

,

4

, ,

90

32

t

b

b v f

d v

q q

i

h

h

a b c

a b c

a b c

S D C

a b c tetragonal

System Specifications Bravais lattices Classes

C C D

  

  

  

 



 

 

 

   

 

   

   

 

 

   

6

4

3

, , , , , , , ,

, , , ,

90

h v

h

v

v f

h d

h

h h

C

C D rhombohedral a b c

C S C D trigonal

C D C C

a b

D D

D

c hexagonal

C D

a b c

  

  

 



   

 



    

 

  

   

Γ = P = primary , Γ b = C = base centered, Γ v = I = body centered, Γ f = F = face centerd

Các mạng tinh thể lập phương

Hệ thống chỉ số cho các mặt tinh thể

Chỉ số Miller của các mặt tinh thể Ta xác định theo các bước sau:

1 Biểu diễn khoảng cách tới các điểm cắt của mặt tinh thể trên các trục theo đơn vị

các hằng số mạng a1, a2 , a3

2 Lấy đảo ngược của các giá trị đó

3 Chuyển chúng về các số nguyên (nhỏ nhất) với cùng tỷ lệ: (h,k,l).

Các điểm cắt ở 3a1, 2a2, and 2a3 Các số nghịch đảo là : (1/3, 1/2, 1/2)

Các chỉ số Miller = (233)

Các cấu trúc tinh thể đơn giản

Sodium Chloride (NaCl)

Cấu trúc Cesium Chloride Cấu trúc xếp chặt (Close-Packed)

Cấu trúc lục giác xếp chặt

(Hexagonal Closed-Packed)

ABCABC… → fcc ABABAB… → hcp

Cấu trúc lập phương Zinc Sulfide (còn gọi là zinc blende hay giả kẽm)

Hình ảnh trực tiếp về cấu trúc nguyên tử

Ảnh hiển vi điện tử tunnel (Scanning Tunneling Microscopy)

Bề mặt (111) của fcc Pt ở 4K

Khoảng cách đến lân cận gần nhất = 2.78A

Các cấu trúc tinh thể không lý tưởng

Xếp chặt:

ABCABC… → fcc

ABABAB… → hcp

Sắp xếp ngẫu nhiên

Đa thù hình (Polytypism): sắp xếp với chu kỳ dài

Ví dụ, ZnS có >150 polytypes; chu kỳ dài nhất =360 lớp

SiC có >45 polytypes; chu kỳ dài nhất=594 lớp

Nguyên nhân: do các bước xoắn gây ra bởi sai hỏng sắp

xếp trong quá trình tạo mầm nuôi tinh thể

Crystal Structure Data