高中物理關(guān)于固體的微觀(guān)結構的教案
固體物理學(xué)是研究固體的性質(zhì)、它的微觀(guān)結構及其各種內部運動(dòng)，以及這種微觀(guān)結構和內部運動(dòng)同固體的宏觀(guān)性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)科．固體的內部結構和運動(dòng)形式很復雜，這方面的研究是從晶體開(kāi)始的，因為晶體的內部結構簡(jiǎn)單，而且具有明顯的規律性，較易研究．以后進(jìn)一步研究一切處于凝聚狀態(tài)的物體的內部結構、內部運動(dòng)以及它們和宏觀(guān)物理性質(zhì)的關(guān)系．這類(lèi)研究統稱(chēng)為凝聚態(tài)物理學(xué)． 固體中電子的運動(dòng)狀態(tài)服從量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)的規律．在晶體中，原子(離子、分子)有規則地排列，形成點(diǎn)陣．20世紀初勞厄和法國科學(xué)家布拉格父子發(fā)展了 X射線(xiàn)衍射法，用以研究晶體點(diǎn)陣結構．第二次世界大戰以后，又發(fā)展了中子衍射法，使晶體點(diǎn)陣結構的實(shí)驗研究得到了進(jìn)一步發(fā)展．
在晶體中，原子的外層電子可能具有的.能量形成一段一段的能帶．電子不可能具有能帶以外的能量值．按電子在能帶中不同的填充方式，可以把晶體區別為金屬、絕緣體和半導體．能帶理論結合半導體鍺和硅的基礎研究，高質(zhì)量的半導體單晶生長(cháng)和摻雜技術(shù)，為晶體管的產(chǎn)生準備了理論基礎．
電子具有自旋和磁矩，它們和電子在晶體中的軌道運動(dòng)一起，決定了晶體的磁學(xué)性質(zhì)，晶體的許多性質(zhì)(如力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等)常常不是各向同性的．作為一個(gè)整體的點(diǎn)陣，有大量?jì)炔孔杂啥�，因此具有大量的集體運動(dòng)方式，具有各式各樣的元激發(fā)．
晶體的許多性質(zhì)都和點(diǎn)陣的結構及其各種運動(dòng)模式密切相關(guān)，晶體內部電子的運動(dòng)和點(diǎn)陣的運動(dòng)之間相耦合，也對固體的性質(zhì)有重要的影響．例如1911年發(fā)現的低溫超導現象；1960年發(fā)現的超導體的單電子隧道效應．這些效應都和這種不同運動(dòng)模式之間的耦合相關(guān)．
晶體內部的原子可以形成不同形式的點(diǎn)陣．處于不同形式點(diǎn)陣的晶體，雖然化學(xué)成分相同，物理性質(zhì)卻可能不同．不同的點(diǎn)陣形式具有不同的能量：在低溫時(shí)，點(diǎn)陣處于能量最低的形式；當晶體的內部能量增高，溫度升高到一定數值，點(diǎn)陣就會(huì )轉變到能量較高的形式．這種轉變稱(chēng)為相變，相變會(huì )導致晶體物理性質(zhì)的改變，相變是重要的物理現象，也是重要的研究課題．
點(diǎn)陣結構完好無(wú)缺的晶體是一種理想的物理狀態(tài)．實(shí)際晶體內部的點(diǎn)陣結構總會(huì )有缺陷：化學(xué)成分不會(huì )絕對純，內部會(huì )含有雜質(zhì)．這些缺陷和雜質(zhì)對固體的物理性質(zhì)(包括力學(xué)、電學(xué)、碰學(xué)、發(fā)光學(xué)等)以及功能材料的技術(shù)性能，常常會(huì )產(chǎn)生重要的影響．大規模集成電路的制造工藝中，控制和利用雜質(zhì)和缺陷是很重要的晶體的表面性質(zhì)和界面性質(zhì)，會(huì )對許多物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生重要的影響．所有這些都已成為固體物理研究中的重要領(lǐng)域．
非晶態(tài)固體內部結構的無(wú)序性使得對于它們的研究變得更加復雜．非晶態(tài)固體有一些特殊的物理性質(zhì)，使得它有多方面的應用．這是一個(gè)正在發(fā)展中的新的研究領(lǐng)域．
固體物理對于技術(shù)的發(fā)展有很多重要的應用，晶體管發(fā)明以后，集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，電子學(xué)技術(shù)、計算技術(shù)以至整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)也隨之迅速發(fā)展．其經(jīng)濟影響和社會(huì )影響是革命性的．這種影響甚至在日常生活中也處處可見(jiàn)．固體物理學(xué)也是材料科學(xué)的基礎．
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