Bài giảng Cơ sở Vật lý chất rắn - Bài 1: Tinh thể chất rắn - Lê Khắc Bình

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở Vật lý chất rắn - Bài 1: Tinh thể chất rắn - Lê Khắc Bình

1. ĐẠÏI HỌÏC QUỐÁC GIA THÀØNH PHỐÁ HỒÀ CHÍ MINH TRƯỜØNG ĐẠÏI HỌÏC KHOA HỌÏC TỰ NHIÊNÂN GGSS TTSS LLeêâ KKhahắécc BBììnhnh 22000606
2. Tính chất vật lýcủa chất rắn 2 cách tiếp cận : 1. Xây dựng mô hình đơn giản vàdựa vào các định luật cơ bản đã biết đểsuy ra tính chất.
3. SASÁÙCCHH TTHAHAMM KKHAHẢỎO 1.Christman J. R., Fundamentals of Solid State Physics, John Wiley & Son , 1988 2.Kittel Charles , Introduction to Solid State Physics, Seventh Edition, John Wiley & Son Inc., 1996
4. 1) Mạng tinh thể. 2) Cấu trúc tinh thểcủa một sốtinh thểđơn giản. 3) Phân tích cấu trúc tinh thểbằng phương pháp nhiễu xạtia X.
5. I.I. CaCấáuu ttrurúùcc ttiinhnh tthehểå Tinhthểlàsựsắpxếptuầnhoàntrongkhônggiancủa cácnguyêntửhoặcphântử = + Cấutrúctinhthể= mạngtinhthể+ cơsở CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
6. 1)1) MMôô tatảû MaMạïngng ttiinhnh tthehểå Cách1 : r r r r Tn = n1a1 + n2a2 + n3a3 vectơtịnhtiếncủamạngtinhthể r r r Tùycáchchọn a1 ,a2 ,a3 n1 , n2 và n3 cóthểlàsốnguyênhoặcsốphân v Tấtcả n1 , n2 và n3 đềulàsốnguyên: r r r cácvectơ a1 ,a2 ,a3 - vectơtịnhtiếnnguyêntố v Chỉ mộttrongcácsố n , n và n khôngphảisốnguyên: r r r 1 2 3 cácvectơ a1,a2 ,a3 - vectơtịnhtiếnđơnvị CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
7. 22)) SSựự đđoốáii xxứứngng cucủûaa mamạïngng ttiinhnh tthehểå Yếutốđốixứng : phépbiếnđổikhônggianlàm chomạngtinhthểtrùnglạivớichínhnó. v Đốixứngtịnhtiến v Cáctrụcquay C1 , C2 , C3 , C4 vàC6. vMặtphẳngphảnxạgươngm. v TâmđảoI . CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
8. Vìsao không cótrục 5 vàtrục 7 trong tinh thểchất rắn ?
9. 33)) CaCáùcc mamạïngng ttiinhnh tthehểå cơcơ babảûnn MaMạngïng BBrraavvaaisis r r r Cáchchọncácvectơ a1 ,a2 ,a3 củaBravais: 1. Ô cótínhđốixứngcaonhấtcủahệmàtinh thểđượcxếpvào. 2. Ô cósốgócvuônglớnnhấthoặcsốcạnh bằngnhauvàsốgócbằngnhaunhiềunhất. 3. Ô cóthểtíchnhỏnhất( ônguyêntố) Nếukhôngthểthor ûarmãnrđồngthời3 tínhchấtđóthì chọncácvectơ a1 ,a2 ,a3 theothứtựưutiên1, 2, 3. Chỉcó7 dạngôđơnvịcóthểdùngđểlấpđầykhônggian củamạngtinhthể. CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
10. Tinhthểbachiều 14 ô Bravais Hệtam tà Hệđơn tà Hệtrực thoi Hệba phương Hệbốn phương Hệsáu phương Hệlập phương
11. SoSốá nunúùtt ttrrongong ôô đđơnơn vịvị LP I : 2 nút LP F : 4 nút CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
12. CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
13. 4)4) ChChỉỉ sosốá MMillillerer 11 ChChỉỉ sosốá MMilleillerr cucủûaa nunúùtt mamạïngng titinhnh tthehểå Vị trícủa1 nútnàođócủamạng, đốivớigốctoạđộđãchọn, đượcxácđịnhbởi3 toạđộx , y , z củanó. Cáctoạđộđóđược viếtbằng x = h a1 , y = k a2 vàz = l a3 trongđóa1, a2 , a3 làcácthôngsốcủamạngvàh, k vàllàcác sốnguyên. Nếulấya1, a2 , a3 làmđơnvịđođộdàidọctheocáctrụccủa mạngthìtoạđộcủanútsẽlàcácsốh, k vàl . Cácsốđóđược gọilàchỉsốcủanútvàđượckýhiệulà[[h k l]] hay hkl. CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
14. 33 ChChỉỉ sosốá MMilleillerr cucủûaa cacáùcc mamặëtt ttrroongng ttiinhnh tthehểå Vị trícủamộtmặtđượcxácđịnhbởi3 điểmmàmặtđócắt 3 trụctọađộ. z CáchxácđịnhchỉsốMiller chomặt : -biểuthịđộdàitừgốctọađộđếncác giaođiểmđótheođơnvịcủathôngsố C mạng: A , B vàC. O B y -lậpnghịchđảo A -quyđồngmẫusố. Giảthửmẫusố chungnhỏnhấtlàD. x x y z + + = 1 -cácsốnguyên A B C h = D /A , k = D /B và l = D / C làcácchỉsốMiller củamặtvàđượcký hx + ky + lz = D hiệubằng ( h k l ). D = hA= kB= lC CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
15. KKhoahoảûngng cacáùchch gigiưữãa cacáùcc mamặtët (( hhklkl )) HọmặtcóchỉsốMiller càngnhỏcókhoảngcáchgiữa haimặtkếnhaucànglớnvàcómậtđộcácnútmạng cànglớn CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
16. IIIIII CaCấuáu trutrúcùc ttiinhnh tthehểå cucủûaa momộätt sosốá ttiinhnh tthehểå đđơnơn giagiảnûn Tinhthể= MạngBravais+ cơsở ClCs 0 0 0 & ½½½ ClNa 0 0 0 & ½0 0 Kim cương 0 0 0 & ¼¼¼
17. CaCấáuu ttrurúùcc xexếápp cchahặtët Cáccáchsắpxếpcácquảcầurắn nhưnhautrongkhônggiansaocho phầntrốngcònlạigiữachúnglànhỏ nhất: Ởlớpdướicùng, cácquảcầu đượcxếpchặttrênmộtmặtphẳng khimỗiquảcầutiếpxúcvới6 quả cầuxungquanh
18. Cấutrúcxếpchặt ABABAB Lụcgiácxếpchặt ABCABCABC Lậpphươngtâmmặt
19. CaCấáuu ttrurúùcc xexếápp cchahặëtt :: FFCCCC CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
20. CaCấáuu ttrurúùcc lulụïcc ggiaiáùcc xexếápp cchahặtët :: HHCPCP HCP: ThứtựsắpxếpABABAB Mặtphẳngthứbađượcđặtthẳngtrênmặtđầutiên củacácnguyêntử
21. CaCấáuu ttrurúùcc lulụïcc ggiaiáùcc xexếápp cchahặtët :: HHCPCP CƠ SỞÛ VẬÄT LÝÙ CHẤÁT RẮÉN
22. IV. Phântíchcấutrúctinhthểbằng phươngphápnhiễuxạtiaX Không thểphânbiệtđược Tia X cácchi tiếtbéhơnbước sóngcủabứcxạmàta dùngđểquansátchúng. n g , A ù Khoảngcáchcủacác c so ù ơ nguyêntửtrongtinhthể ư Nơtron B chỉvàokhoảng Å . Electron Muốnquansátđượccấu trúcbêntrongtinhthểcần dùngnhữngbứcxạcó Năng lượng photon X , keV bướcsóngcỡ Å. Năng lượng nơtron , 0,01 eV Năng lượng electron ,100 eV
23. 11)) SSựự nhnhiễuiễu xaxạï ttừừ momộätt hohọï mamặëtt cucủûaa mamạngïng titinhnh tthehểå ĐịnhluậtBragg GiaGoiatohothoataăntagêncgươcøươngønkhigkhi ĐĐịnịnhhlulauätaBrätBraggagg CôngthứcBragg :hệquảcủatínhchấtcơbảncủatinhthểlàtínhtuầnhoànmà khôngliênquangìđếnthànhphầnhóahọccủatinhthểcũngnhưcáchsắpxếp củacácnguyêntửtrongnhữngmặtphẳngphảnxạ.
24. § ChiếutinhthểvớitiaX đơnsắcthườngkhôngchocáctia nhiễuxạvìđểthỏamãncôngthứcBragg cầnchiếutiaX theomộtchiềunhấtđịnhvớibướcsóngxácđịnhmớicó nhiễuxạtừmộthọmặtnàođó. § DựavàocôngthứcBragg 2dsinq = nl cóthểsửdụngcácphươngphápsau: Ø giữnguyêngóctới, thayđổibướcsóng: PhươngphápLaue Ø Giữnguyênbướcsóng, thayđổigóctới: Phươngpháptinhthểquay PhươngphápDebye–Schrerrer ( phươngphápbột)•
25. PhươngphápLaue Tinhthể TiaX tới AûnhnhiễuxạLauecủaSi theochiều[001] Mộtđiểmtươngứngvớimộthọmặttinhthể
26. Oáng chuẩn trục Cổng ra Cổng vào Buồng Debye-Scherrer Giálắp mẫu Cần khóa an toàn PPhhưươơnngg phphaápùp bobộtät
27. Phươngphápbột