固体物理课后思考题答案.doc

第一章晶体的结构 1. 以堆积模型计算由同种原子构成的同体积的体心和面心立方晶体中的原子数之比. [ 解答] 设原子的半径为 R, 体心立方晶胞的空间对角线为 4R, 晶胞的边长为, 晶胞的体积为, 一个晶胞包含两个原子, 一个原子占的体积为, 单位体积晶体中的原子数为; 面心立方晶胞的边长为, 晶胞的体积为, 一个晶胞包含四个原子, 一个原子占的体积为, 单位体积晶体中的原子数为. 因此, 同体积的体心和面心立方晶体中的原子数之比为=. 2. 解理面是面指数低的晶面还是指数高的晶面?为什么? [ 解答] 晶体容易沿解理面劈裂, 说明平行于解理面的原子层之间的结合力弱, 即平行解理面的原子层的间距大. 因为面间距大的晶面族的指数低, 所以解理面是面指数低的晶面. 3. 基矢为,, 的晶体为何种结构?若+, 又为何种结构? 为什么?[ 解答] 有已知条件, 可计算出晶体的原胞的体积. 由原胞的体积推断, 晶体结构为体心立方. 按照本章****题 14, 我们可以构造新的矢量, ,. 对应体心立方结构. 根据 14 题可以验证, 满足选作基矢的充分条件. 可见基矢为,, 的晶体为体心立方结构. 若+, 则晶体的原胞的体积, 该晶体仍为体心立方结构. , 是否是的整数倍? 以体心立方和面心立方结构证明之.[ 解答]若与平行, 一定是的整数倍. 对体心立方结构,由() 式可知,,, =h+k+l =( k+l )( l+h )( h+k )=p=p(l 1+l 2+l 3 ), 其中 p是( k+l )、( l+h )和( h+k ) 的公约(整)数. 对于面心立方结构,由() 式可知,,,, =h+k+l =(- h+k+l ) +( h-k+l ) +( h+k-l )=p ’=p ’(l 1+l 2 +l 3 ), 其中 p’是(- h+k+l )、( -k+h+l )和( h-k+l ) 的公约(整)数. 5. 晶面指数为( 123 ) 的晶面 ABC 是离原点 O 最近的晶面, OA、 OB和 OC 分别与基矢、和重合,除O 点外, OA、 OB和 OC 上是否有格点? 若 ABC 面的指数为( 234 ), 情况又如何? [ 解答] 晶面族( 123 )截、和分别为 1、2、3 等份, ABC 面是离原点 O 最近的晶面, OA 的长度等于的长度, OB 的长度等于的长度的 1/2 , OC 的长度等于的长度的 1/3 ,所以只有 A ABC 面的指数为(234) 的晶面族,则A、B和C 都不是格点. 6. 验证晶面(),()和( 012 ) 是否属于同一晶带. 若是同一晶带,其带轴方向的晶列指数是什么?[ 解答] 由****题 12 可知, 若( ),( )和( 012 )属于同一晶带, 则由它们构成的行列式的值必定为 0. 可以验证=0, 说明( ),( )和( 012 )属于同一晶带. 晶带中任两晶面的交线的方向即是带轴的方向. 由****题 13 可知, 带轴方向晶列[l 1l 2l 3] 的取值为 l 1= =1, l 2= =2, l 3= =1. 7. 带轴为[001] 的晶带各晶面,其面指数有何特点? [ 解答] 带轴为[001] 的晶带各晶面平行于[001] 方向,即各晶面平行于晶胞坐标系的轴或原胞坐标系的轴, 各晶面的面指数形为( hk0 )或(h 1h 20), 即第三个数字一定为 0. 8. 与晶列[l 1l 2l 3] 垂直的倒格面的面指数是什么? [ 解答] 正格子与倒格子互为倒格子. 正格子晶面(h 1h 2h 3) 与倒格式 h 1+h 2 +h 3 垂直, 则倒格晶面(l 1l 2l 3) 与正格矢 l 1+l 2+l 3 正交. 即晶列[l 1l 2l 3] 与倒格面(l 1l 2l 3) 垂直. 9. 在结晶学中, 晶胞是按晶体的什么特性选取的? [ 解答] 在结晶学中, 晶胞选取的原则是既要考虑晶体结构的周期性又要考虑晶体的宏观对称性. 10. 六角密积属何种晶系? 一个晶胞包含几个原子? [ 解答] 六角密积属六角晶系, 一个晶胞( 平行六面体) 包含两个原子. 11. 体心立方元素晶体, [111] 方向上的结晶学周期为多大? 实际周期为多大? [ 解答] 结晶学的晶胞, 其基矢为, 只考虑由格矢 h+k+l 构成的格点. 因此, 体心立方元素晶体[111] 方向上的结晶学周期为, 但实际周期为/2. 12. 面心立方元素晶体中最小的晶列周期为多大? 该晶列在哪些晶面内? [ 解答] 周期最小的晶列一定在原子面密度最大的晶面内. 若以密堆积模型, 可知密勒指数(111)[ 可以证明原胞坐标系中的面指数也