高中物理關(guān)于固體的微觀結(jié)構(gòu)的教案
固體物理學(xué)是研究固體的性質(zhì)、它的微觀結(jié)構(gòu)及其各種內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)同固體的宏觀性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)科．固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式很復(fù)雜，這方面的研究是從晶體開始的，因?yàn)榫w的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有明顯的規(guī)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(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部運(yùn)動(dòng)以及它們和宏觀物理性質(zhì)的關(guān)系．這類研究統(tǒng)稱為凝聚態(tài)物理學(xué)． 固體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)服從量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)的規(guī)律．在晶體中，原子(離子、分子)有規(guī)則地排列，形成點(diǎn)陣．20世紀(jì)初勞厄和法國(guó)科學(xué)家布拉格父子發(fā)展了 X射線衍射法，用以研究晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)．第二次世界大戰(zhàn)以后，又發(fā)展了中子衍射法，使晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)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(qū)別為金屬、絕緣體和半導(dǎo)體．能帶理論結(jié)合半導(dǎo)體鍺和硅的基礎(chǔ)研究，高質(zhì)量的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)和摻雜技術(shù)，為晶體管的產(chǎn)生準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)．
電子具有自旋和磁矩，它們和電子在晶體中的軌道運(yùn)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?jī)?nèi)部自由度，因此具有大量的集體運(yùn)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(jié)構(gòu)及其各種運(yùn)動(dòng)模式密切相關(guān)，晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)陣的運(yùn)動(dòng)之間相耦合，也對(duì)固體的性質(zhì)有重要的影響．例如1911年發(fā)現(xiàn)的低溫超導(dǎo)現(xiàn)象；1960年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體的單電子隧道效應(yīng)．這些效應(yīng)都和這種不同運(yùn)動(dòng)模式之間的耦合相關(guān)．
晶體內(nèi)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(dāng)晶體的內(nèi)部能量增高，溫度升高到一定數(shù)值，點(diǎn)陣就會(huì)轉(zhuǎn)變到能量較高的形式．這種轉(zhuǎn)變稱為相變，相變會(huì)導(dǎo)致晶體物理性質(zhì)的改變，相變是重要的物理現(xiàn)象，也是重要的研究課題．
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完好無缺的晶體是一種理想的物理狀態(tài)．實(shí)際晶體內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)總會(huì)有缺陷：化學(xué)成分不會(huì)絕對(duì)純，內(nèi)部會(huì)含有雜質(zhì)．這些缺陷和雜質(zhì)對(duì)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(guī)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(duì)許多物理過程和化學(xué)過程產(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(nèi)部結(jié)構(gòu)的無序性使得對(duì)于它們的研究變得更加復(fù)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(yīng)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(duì)于技術(shù)的發(fā)展有很多重要的應(yīng)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(jì)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(jì)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．固體物理學(xué)也是材料科學(xué)的基礎(chǔ)．
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