声学劳厄衍射和描述劳厄衍射斑的晶格模型

波在晶格中的衍射是波动学和固体物理学领域中的重要课题。本文第一部分描述了一个与在晶格中X射线的劳厄衍射相似的声学实验;第二部分主要讨论描述立方晶体中劳厄衍射斑的晶格模型。     

二维复式声子晶体中基元配置对声学能带结构的影响

研究了二维复式声子晶体中基元配置对其声学能带结构的影响,发现当声子晶体的基元配置改变时,声子晶体的不可约布里渊区也会改变,而且部分能带的极值不再在高对称线上.特别地,在某些基元配置下,不可约布里渊区扩大为整个第一布里渊区.因此,对于对称性较高的复式晶格声子晶体,可用通常的方法得到能带结构,而对于对称性较低的复式晶格结构声子晶体,只有采用对整个第一布里渊区进行研究的方法,才能获得可信的能带结构及带隙.     

二维斜方晶格光子晶体的第一布里渊区分析

二维斜方晶格光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值。对二维斜方晶格的第一布里渊区进行研究发现,保持斜方晶格基矢模长比R不变,改变倾斜角θ,第一布里渊区形状将在矩形和平行六边形间交替变化,所需的倒格矢也相应地变化,利用倒格矢正交临界条件可以对第一布里渊区的形状和所需的倒格矢进行划分。最后,利用平面波展开法对一种斜方晶格光子晶体进行带隙计算,验证了这种划分的正确性。     

消光与原胞的选取

本文以面心立方结构的简单晶格为例，证明了对于一个给定的晶体，分别从固体物理学原胞基矢和结晶学原胞基矢出发定义的两个倒格子一般是不同的．进而证明了，在结晶学原胞基关系统中，既满足衍射方程又满足消光条件的方向，在固体物理学原胞基矢系统中看来，就不满足衍射方程．因而在该方向上也不出现衍射束．     

关于晶体结构的几个概念

在一些固体物理学参考书中,不管是国内的[1,2,3],还是国外[4,5,6]出版的,一般都没有把描述晶体结构的数学抽象——点阵的概念和实际晶体中粒子所形成的空间分布明确地区分开来.这经常会带来不便甚至造成某些混乱.因此本文拟就这方面有关的问题提出一点看法,以使相应的概念更加严谨和明确. 为了描述晶体中粒子的空间排列(本文中只涉及理想晶体),人们引入了点阵的概念.这是实际晶体结构的数学抽象,是一种空间几何构图.它突出了晶体结构中粒子排列的周期性这一基本特点.因此,在谈及晶体结构时是离不开它的.但只有它,而无构成晶体的物理实体——…     

固体材料中的新成员——准晶体

 众所周知,晶体具有2、3、4、6这四种旋转对称性.可是1984年秋,美国国家标准局的道·谢克曼等人在用电子显微镜观察由特殊的急冷法制备的Al-Mn合金时,意外地观察到有五次对称性的清晰的电子衍射谱.由于这一发现“违背”了晶体学中最经典的基本定律,引起了许多晶体学家和凝聚态物理学家们的极大重视.各国科学家都争先用X射线衍射,中子衍射,电子衍射和高分辨电子显微镜等手段,对这种新材料进行了深入的研究,很快就弄清了它的结构特征.这些研究表明了它既不是晶体,也不完全是非晶体,而是一种介于晶体和非晶体之间的一种具有特殊排列方式的材料.并给它以“准晶体”这一新概念.     

二维光子晶体点群对称对不可约布里渊区的影响

采用平面波展开法,研究了二维光子晶体点群对称对不可约布里渊区的影响。在单柱体二维光子晶体单胞中增加一个柱体,设计成不同点群对称操作数的对称结构,计算了最低5条能带的本征频率值在第一布里渊区的分布图。结果表明:在计算二维光子晶体的能带结构时,如果光子晶体的点群对称操作数为n,所取的不可约布里渊区应为整个第一布里渊区的1/n。     

固体物理学中关于晶体结构的若干概念和定义

现在,国内已编著出版了好几本固体物理学教材,并从国外引进了若干种教材。然而,在我们使用这些教材进行教学时,常常发现对一些基本概念的阐述存在着各说不一的混乱现象。下面,就有关晶体结构的若干概念和定义,谈谈个人的认识和看法,向固体物理学的同行和前辈科学家们请教。 一、空间点阵和结点 什么是晶体结构?C.Kittel在《固体物理导论》一书中正确地指出:晶体结构一点阵 基元。这就是说,要从点阵和基元两个方面进行讨论。 点阵概念概括了晶体的最主要特征,即微观上的周期性。它实际上是从晶体这一客观实体出发经过数学抽象而得到的数学模…     

晶体中的库仑静电势

计算固体的结合能、晶体势以及电子能带结构时,都会遇到库仑(Coulomb)静电势问题.在离子晶体中,这种静电势问题最明显的例子是马德隆(Madelung)常数的计算.这是固体物理学中的一个基本问题,在计算技巧上也有着独特的地方[1].关于马德隆常数的计算,一般的固体物理教科书中都有介绍[2-4].本文采用离子球赝电荷方法计算晶体中的库仑静电势,并用来计算一些离子晶体的马德隆常数.本文方法与已有的厄瓦耳(Ewald)方法比较,有一些明显的优点。 一、静电势的计算 为便于比较,先简单地回顾一下计算离子晶体静电势的厄瓦耳方法[3-5].对于离子晶体,在…     

固体物理学发展简史

固体物理学研究多体问题,是物理学的重要分支,涉及面极其广泛,也是包括材料科学等在内的多个技术学科的基础。本文论述了固体物理学的发展简史,包括初期发展史、对热性质研 究、魏德曼–弗兰兹定律、晶体微观几何结构的研究历程、自由电子气体模型、固体能带论、对固 体磁性的研究、信息时代、中国固体物理学的发展、固体物理学教材等多个部分,简述了固体物 理学发展中的大事件和具有较大影响力的科学家及其贡献。     

凝聚态物理学简介

一、什么是凝聚态物理学 固体和液体是由原子、分子集聚起来,具有很强内聚力的有一定体积的物体,这类物体称为凝聚态物质.凝聚态物理学就是研究凝聚态物质的物理性质、微观结构、微观运动状态及其相互关系的学科. 从历史上来说,凝聚态物理学是由固体物理学发展而来的.近年来,固体物理学的研究领域有了很大的扩展,研究对象由内部原子(或分子)呈周期排列的晶态固体发展到内部原子(或分子)没有规则排列的非晶态固体;又发展到结构与非晶态固体相似的液体;还有在一些方向上不规则,但在另一些方向上有某种规则排列的液态晶体(简称液晶);在极低温下…     

阎守胜编著的《固体物理基础》评介

20 0 0年底北京大学出版社出版了该校物理系阎守胜教授的新著《固体物理基础》 ,引起了学术界的关注 .全书共 12章 ,由两大部分组成 :第一部分属于理想晶体情形 ,其中采用了新的体系分八章逐步深入地讲述传统固体物理学的基础知识 ;在第二部分中 ,作者将近 30年来本学科的新进展概括为无序、尺寸、维度和关联等 4章 ,并作了物理图像清晰和重点突出的半定量描述 .该书不仅使读者更容易掌握固体物理的基础知识 ,还有助于读者进一步了解固体物理学发展的前沿 .这是一本体现了“教材必须现代化”教改要求的好书 ,并具有如下特点 .1　全书结构严…     

蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射

空间频率模式的光子带隙反映了光波在周期性结构中的线性传输特性.以这种线性传输特性为基础,研究了蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射.通过详细分析带隙结构第一通带上的衍射与折射特性,得出了光波发生反常衍射和折射的入射条件.匹配不同的入射条件,数值模拟了光波的无衍射传输和反常折射现象.结果表明:将入射光束的波矢设置在蜂巢晶格布里渊区中正常、反常衍射区的交界处,可使高斯光束沿x轴、y轴方向的衍射得到有效抑制;以多光束干涉场作为入射光场,可对蜂巢晶格进行模式匹配,激发第二布里渊区的传输模式;进一步将模式匹配后入射光场的波矢设置在反常折射区,可实现光波的反常折射.     

光发射谱测量发现准晶能带结构

固体能带论将电子在晶格中的运动表述为布洛赫波 (振幅受晶体周期调制的一系列不同波长ｋ的平面波 ) ,它是近代固体物理学的范式之一 .1984年 ,由于准晶的发现 ,能带论的适用性受到了挑战 .今天 ,随着准晶研究的不断深入 ,人们终于在能带论和准晶之间找到了新的契合点 .晶体的平移周期性是指将一种基块无空隙、不重叠地堆砌 ,即可构建出整个晶格 .对于准晶来说 ,情况却大相径庭 .研究表明 ,为了构成 5次对称或10次对称的二维准晶 ,或者至少需要两种基础拼块 ,或者 (在使用一种拼块的条件下 )应允许拼块的复叠 (ｃｏｖｅｒａｇｅ) .复叠概念…     

二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算

二维单斜点阵光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值，详细讨论了二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算，并与常规方法计算得出的二维正三角形晶格光子晶体的带隙结构进行了比较.最后讨论了临界条件下二维单斜点阵光子晶体的带隙结构，证明了本方法的有效性.     

光子晶体耦合腔波导的色散特性

理论研究表明，在基于光子晶体的耦合腔波导中，杂质带的色散性质取决于相邻缺陷间局域电磁场的特性，而非缺陷间距离的大小.在第一布里渊区中出现的杂质带的反常色散实际上是能带折叠的结果.通过计算结构的有效折射率，证实了杂质带色散是正常色散. 关键词： 光子晶体 反常色散 耦合腔 杂质带     

晶体学与“四个现代化”

晶体学是一门边缘科学,它牵涉到物理学、化学、冶金学、矿物学、土壤学以至于近代的分子生物学.我们可以说,晶体学是研究晶体的结构和缺陷与物理性质之间的关系的一门科学,晶体学是研究晶体在成分、温度、压力或其它物理条件的变更下结构变化的一门科学,晶体学又是研究晶体的发生和发展的一门科学.在X射线衍射现象发现以前的晶体学叫做经典晶体学,而用X射线分析晶体的微观结构和织构的叫做X射线晶体学. 自从劳厄(von　Laue)发现X射线的衍射现象而布喇格(Bragg)父子奠定了这一学科的基础之后,到现在已有六十六年的历史了.这六十多年,在历…     

X射线晶体衍射实验

X射线及其通过晶体时衍射现象的发现是二十世纪物理学的伟大研究成果之一。作为近代物理实验的重要组成部分,X射线晶体衍射实验除了验证X射线和晶体的基本性质外,对于晶体(特别是固体)材料的研究、控制和改进生产工艺过程,具有非常重要的应用价值。自从X射线被发现,和X射线的一系列的实验出现以后,人类对物质结构的认识发生了质的飞跃,它不但推进了物理学的发展,而且也使化学、地质学、天文学、医学、工艺学等等许多科学领域得到新的重大的发展。近年来特别对生物化学的发展也起了重要的作用。作为这样一个重要的近代物理实验,了解它的发生、发展背景和它在现代科学发展过程中的作用。对于更好的学习和做好X射线晶体衍射实验,和进一步创造性工作是有意义的。     

五次对称与Ti-Ni-V合金中的准晶

一、准晶的发现及研究现状 近百年来,人们对凝聚态的深入研究表明,固态基本可分为晶态和非晶态两大类.当用一束X射线或电子束照射到固态上时,就会发现,只有晶体才会产生明锐的布喇格衍射,而非晶固体和液体只能产生很弥散的衍射.其原因就在于晶体中原子在三维空间中的排列具有平移周期性,从而保证了高度的相干性;而非晶固体和液体中原子排列则基本处于无序(或短程有序)状态,不具备这种空间相干性,从而只能得 到如我们在X射线或电子衍射实验中所常见到的那种弥散的衍射峰或环.-正是由于这种平移周期性的制约,使得五次旋转对称在晶体中成为不…     

以石墨烯为例分析二维六角晶格结构及振动模式

石墨烯因其独特的六角晶格结构,使其具有优异的力、热、光、电等特性,成为目前应用研究最广泛的新型材料之一.本文从固体物理学的教学角度出发,以单层石墨烯的晶格结构为例,采用图像的形式描述了二维六角晶格的正格子原胞和基矢、倒格子原胞和基矢、q空间和第一布里渊区,并推导了二维六角晶格的振动模式.