- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 1: Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Phần 3)
Xem mẫu
- VẬT LÍ CHẤT RẮN
Phạm Đỗ Chung
Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử
Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội
136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020
- Chương 1
Cấu trúc tinh thể của vật rắn
• Cấu trúc tinh thể của vật rắn (Crystallography)
1. Mạng không gian, ô sơ cấp
2. 7 hệ tinh thể
3. Các yếu tố đối xứng trong mạng không gian
4. 14 ô mạng Bravais
5. Ô đơn vị (vs ô sơ cấp)
6. Chỉ số Miller của đường thẳng, mặt phẳng mạng
7. Một số cấu trúc tinh thể đơn giản
8. Nhiễu xạ trên cấu trúc tuần hoàn
9. Mạng đảo, các định lí mạng đảo
10. Vùng Brillouin
11. Các loại liên kết trong chất rắn
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2
- 11. Các loại liên kết trong vật rắn
1. Sự liên kết của các nguyên tử
2. Liên kết ion
3. Liên kết cộng hóa trị
4. Liên kết kim loại
5. Liên kết Hiđrô
6. Liên kết Van der Walls
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 3
- Sự liên kết của các nguyên tử
Mạng không
gian
Mạng tinh
thể
Gốc Các cấu trúc
xếp chặt Các loại tinh
Gốc hình thể (ion, cộng
cầu cứng hoá trị, kim
Gốc liên kết loại,…)
với nhau
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4
- Sự liên kết của các nguyên tử
• Nguyên tử hoặc phân tử xếp đặt có trật tự và
tuần hoàn trong không gian tạo thành tinh thể.
• Để tạo thành tinh thể các lõi nguyên tử, phân tử
được giữ cân bằng trong tinh thể bằng các liên
kết.
• Căn cứ vào loại liên kết người ta chia vật rắn
thành các loại khác nhau.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 5
- Cách phân loại liên kết
• Không phân loại theo loại tương tác.
• Phân loại theo sự phân bố electron trong
nguyên tử và trong tinh thể.
Nguyên tử phân bố lại electron bằng cách cho,
nhận hoặc tập thể hóa electron:
• Bảo toàn điện tích
• Nguyên tử có lớp vỏ electron đầy
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 6
- Phân loại liên kết
Table 2.3, p22, W. D. Callister, Fundamentals of Materials, 5th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 7
- Sự liên kết của các nguyên tử
• Lực hút để liên kết các nguyên tử, U
phân tử lại với nhau. Thế năng đẩy
• Lực đẩy để giữ cho các nguyên tử, Thế năng toàn
phân tử không co lại thành một phần
điểm.
• Điều kiện tạo liên kết là năng R0 r
lượng cực tiểu:
1. Lực đẩy giữa ion vs ion cực tiểu
Thế năng hút
2. Lực đẩy giữa electron vs
electron cực tiểu
3. Lực hút cực đại (ion vs electron)
Thế năng tương tác giữa
hai nguyên tử
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 8
- Liên kết ion
• Lực hút tĩnh điện
của các ion trái dấu.
• Lực đẩy do sự phủ
của các đám mây
electron (nguyên lí
Pauli)
Mật độ xác suất tìm thấy electron quanh hạt
nhân của NaCl
Fig 7, p61, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 9
- Liên kết ion
Liên kết ion hình thành khi một nguyên tố có năng
lượng ion hoá tương đối thấp kết hợp với một
nguyên tố có ái lực electron cao.
•Năng lượng ion hoá I: năng lượng cần cung cấp để
tách một electron ra khỏi nguyên tử trung hoà
•Ái lực electron A: năng lượng thu được khi một
electron được thêm vào nguyên tử trung hoà.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 10
- Liên kết ion
Chuyển electron từ Na
sang Cl cần năng lượng:
5,14-3,61 = 1,53 eV
Năng lượng có lợi:
7.9-5.14+3.61=6.37 eV
Fig 8, p61, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11
- Liên kết ion
• Năng lượng tĩnh điện (năng lượng Madelung)
e2 B
U ij = ± + n
4πε 0 rij rij
Thế năng tổng cộng do các ion j
gây ra tại điểm đặt ion i:
U i = å U ij
j ¹i
Thế năng tổng cộng:
æ e 2
±1 B 1 ö÷
F = NU i = N ç - å + n å n÷
ç 4pe 0 R j ¹i p ij R j ¹i p ij
è ø
rij = R pij
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 12
- Hằng số Madelung
±1
a=å
j ¹i p ij
• Chú ý là do tính đối xứng nên ta có:
Fig 9, p64, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 13
- Hằng số Madelung
±1
a=å
j ¹i p ij
Tính hằng số Madelung
trong trường hợp mạng
NaCl hai chiều
Fig. 2.9, p21, WD. Callister, Fundamentals of Materials, 5th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 14
- Tinh thể ion
• Liên kết ion là liên kết tầm xa giữa hai điện tích
trái dấu, không có tính định hướng.
Tinh thể ion
• Dẫn điện kém ở nhiệt độ thấp
• Nhiệt độ nóng chảy cao
• Hấp thụ mạnh các bức xạ trong dải hồng ngoại
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 15
- Liên kết cộng hoá trị
Hàm sóng nguyên tử phủ nhau
Tập trung điện tích ở khoảng giữa các nguyên tử.
Có tính định hướng cao Fig 11, p67, C. Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 16
- Bài toán liên kết của 2 nguyên tử
2 nguyên tử và 1 electron
2 2 2 2
ˆ =- Z e Z e Z Z e
H Ñ2 - A - B + A B
2m 4πε 0rA 4πε 0rB 4πε 0 R
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 17
- Hàm sóng tổng hợp
• Hàm sóng gần đúng là tổ hợp tuyến tính của
hàm sóng thành phần
yAB= cAy A ( r ) + cBy B ( r + R )
Giải phương trình Schrodinger:
Năng lượng cơ bản:
* ˆ
E= òy Hy dr
*
ò y dr
y
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 18
- Năng lượng trung bình
cA2 H AA + cB2 H BB + 2cA cB H AB
E= 2 2
cA + cB + 2cA cB S
*' + ,- )&' 23 = % &'∗ (E' + ,- )&' 23
!'' = % &'∗ (!
!'' = E' + % &'∗ ,- &' 23 = E' + % 4' ,- dr
*' + ,- )&- dr = % &'∗ (E' + ,- )&- dr
!"# = % &'∗ (!
5 = % &'∗ &- dr
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 19
- Phân tử H2+
*' + ,- )&- dr = % &'∗ (E' + ,- )&- dr
!"# = % &'∗ (!
*- + ,' )&' dr = % &-∗ (E- + ,' )&" dr
!#' = % &-∗ (!
Do tính đối xứng nên: EA=EB, VA=VB=V. Ta có:
!"# = !"# = % &'∗ ,- &- dr + E' % &'∗ &- dr
!"# = !"# = ℎ + E' 3 < 0
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 20
nguon tai.lieu . vn
