大學(xué)物理固體物理課件歡迎來到大學(xué)物理固體物理課程！本課程旨在幫助您深入理解構(gòu)成我們周圍世界的固態(tài)物質(zhì)的物理學(xué)原理。我們將從基本概念出發(fā)，逐步探索晶體結(jié)構(gòu)、晶格振動、電子能帶、磁性、超導(dǎo)電性以及固體中的各種缺陷。通過本課程的學(xué)習(xí)，您將掌握固體物理的基本理論，并了解其在材料科學(xué)、電子技術(shù)、能源技術(shù)和信息技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。讓我們一起開始這段精彩的固體物理之旅！課程簡介：固體物理的重要性固體物理是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個重要分支，它研究固體的微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。固體物理的重要性在于它為材料科學(xué)、電子技術(shù)、能源技術(shù)和信息技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。理解固體物理，可以幫助我們設(shè)計(jì)和制造新型材料，開發(fā)更高效的電子器件，改進(jìn)能源轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)，以及推動信息技術(shù)的發(fā)展?？梢哉f，固體物理是現(xiàn)代科技進(jìn)步的重要驅(qū)動力。材料科學(xué)新材料的研發(fā)與應(yīng)用電子技術(shù)半導(dǎo)體器件的改進(jìn)與創(chuàng)新能源技術(shù)能源轉(zhuǎn)換與存儲效率的提升信息技術(shù)信息存儲與處理技術(shù)的革新什么是固體？固體物質(zhì)的定義固體是指由大量原子、分子或離子以緊密排列的方式構(gòu)成的物質(zhì)狀態(tài)。固體具有一定的形狀和體積，不易被壓縮，原子或分子之間存在強(qiáng)大的相互作用力。與液體和氣體不同，固體中的粒子通常在固定位置附近振動，而不是自由移動。固體可以分為晶體和非晶體兩大類，晶體具有長程有序的原子排列，而非晶體則缺乏這種有序性。固體物質(zhì)的定義強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的穩(wěn)定性。在一定的溫度和壓力下，固體能夠保持其形狀和體積，這使得固體成為構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)和器件的基礎(chǔ)材料。固體物理研究的重點(diǎn)在于理解固體內(nèi)部的原子排列、電子結(jié)構(gòu)以及它們?nèi)绾斡绊懝腆w的宏觀性質(zhì)。晶體與非晶體：結(jié)構(gòu)的區(qū)別晶體晶體具有長程有序的原子排列，即原子在空間中呈現(xiàn)周期性重復(fù)的排列方式。這種周期性排列使得晶體具有規(guī)則的幾何形狀和特定的物理性質(zhì)。例如，食鹽（氯化鈉）和石英（二氧化硅）都是常見的晶體。非晶體非晶體，也稱為無定形固體，缺乏長程有序的原子排列。原子在非晶體中的排列是無規(guī)則的，類似于液體。然而，非晶體仍然具有固體的特性，例如一定的形狀和體積。玻璃和塑料是常見的非晶體。晶體和非晶體在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別直接影響它們的物理性質(zhì)。晶體通常具有各向異性，即不同方向上的物理性質(zhì)不同，而非晶體則通常具有各向同性，即各個方向上的物理性質(zhì)相同。此外，晶體通常具有sharp的熔點(diǎn)，而非晶體則在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。晶體結(jié)構(gòu)的描述：點(diǎn)陣、基元點(diǎn)陣點(diǎn)陣是晶體結(jié)構(gòu)的一種抽象描述，它由空間中無限個相同的點(diǎn)組成，每個點(diǎn)代表晶體中的一個原子或一組原子。點(diǎn)陣的特點(diǎn)是具有周期性，即沿著特定的方向平移點(diǎn)陣，可以使其與自身重合。基元基元是指與每個點(diǎn)陣點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的原子或原子團(tuán)。基元可以是單個原子，也可以是多個原子組成的分子或離子?；邳c(diǎn)陣點(diǎn)的重復(fù)排列構(gòu)成了晶體的完整結(jié)構(gòu)。理解點(diǎn)陣和基元是描述晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。點(diǎn)陣描述了晶體結(jié)構(gòu)的周期性，而基元則描述了晶體結(jié)構(gòu)的基本組成單元。通過點(diǎn)陣和基元的組合，我們可以完整地描述晶體的原子排列方式，從而理解其物理性質(zhì)。布拉維點(diǎn)陣：14種布拉維點(diǎn)陣布拉維點(diǎn)陣是指在三維空間中，滿足周期性平移對稱性的所有可能的點(diǎn)陣類型。根據(jù)晶胞的形狀和對稱性，可以將布拉維點(diǎn)陣分為14種不同的類型。這些類型包括簡單立方、體心立方、面心立方、簡單四方、體心四方、簡單正交、底心正交、面心正交、簡單單斜、底心單斜、三斜、六角和菱面體。每種布拉維點(diǎn)陣都具有獨(dú)特的對稱性和晶胞參數(shù)。了解這14種布拉維點(diǎn)陣是理解晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。通過識別晶體的布拉維點(diǎn)陣類型，我們可以推斷其可能的物理性質(zhì)，例如力學(xué)強(qiáng)度、導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)。晶向指數(shù)：密勒指數(shù)的定義與計(jì)算定義密勒指數(shù)是用來描述晶體中特定晶向或晶面的三個整數(shù)，通常表示為(hkl)。這些指數(shù)與晶向或晶面在晶胞三個軸上的截距的倒數(shù)成正比。計(jì)算要計(jì)算密勒指數(shù)，首先確定晶向或晶面在晶胞三個軸上的截距，然后取這些截距的倒數(shù)，并將結(jié)果化為最小的整數(shù)比。例如，如果晶面在三個軸上的截距分別為1,2,和3，那么它的密勒指數(shù)為(632)。意義密勒指數(shù)是晶體學(xué)中一個重要的概念，它可以用來描述晶體中特定方向或平面的原子排列。這對于理解晶體的物理性質(zhì)，例如力學(xué)強(qiáng)度、導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)，至關(guān)重要。晶面間距：晶面間距的計(jì)算方法晶面間距是指晶體中相鄰平行晶面之間的距離。晶面間距的計(jì)算方法取決于晶體的晶格類型和密勒指數(shù)。對于立方晶系，晶面間距d可以用以下公式計(jì)算：1/d2=(h2+k2+l2)/a2，其中h,k,l是密勒指數(shù)，a是晶格常數(shù)。對于其他晶系，晶面間距的計(jì)算公式會更加復(fù)雜。了解晶面間距的計(jì)算方法對于理解X射線衍射等實(shí)驗(yàn)技術(shù)至關(guān)重要。通過測量晶體的衍射圖樣，我們可以確定晶面間距，從而推斷晶體的晶格結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)。倒格子：倒格子的概念與意義概念倒格子是與晶體實(shí)空間點(diǎn)陣相對應(yīng)的另一種點(diǎn)陣，它描述了晶體中周期性勢場的傅里葉變換。倒格子中的每個點(diǎn)代表實(shí)空間點(diǎn)陣中一組晶面的法向量。1意義倒格子在固體物理中具有重要的意義。它可以用來描述電子的波函數(shù)、晶格振動以及X射線衍射等現(xiàn)象。倒格子空間中的向量與實(shí)空間中的晶面間距成反比，這使得倒格子成為分析晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的有力工具。2聯(lián)系實(shí)空間點(diǎn)陣和倒格子之間存在著對偶關(guān)系。實(shí)空間中的周期性結(jié)構(gòu)對應(yīng)于倒格子中的離散點(diǎn)，反之亦然。這種對偶關(guān)系使得我們可以從不同的角度理解晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。3倒格子與衍射：衍射條件的推導(dǎo)1衍射現(xiàn)象當(dāng)X射線、電子或中子等波照射到晶體上時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象。衍射圖樣包含了晶體結(jié)構(gòu)的信息。2衍射條件衍射發(fā)生的條件可以用倒格子來描述。衍射條件可以表示為：Δk=G，其中Δk是入射波和散射波的波矢之差，G是倒格子向量。這個條件表明，只有當(dāng)波矢變化等于倒格子向量時，才會發(fā)生衍射。3推導(dǎo)衍射條件的推導(dǎo)基于波的干涉原理。當(dāng)散射波之間發(fā)生相長干涉時，才能觀察到衍射現(xiàn)象。倒格子向量描述了晶體中周期性勢場的空間頻率，因此衍射條件實(shí)際上是描述了波與晶體周期性結(jié)構(gòu)之間的相互作用。X射線衍射：布拉格定律1布拉格定律nλ=2dsinθ2λX射線波長3d晶面間距4θ入射角布拉格定律是X射線衍射的基本定律，它描述了當(dāng)X射線照射到晶體上時，發(fā)生相長干涉的條件。定律表明，當(dāng)入射X射線的波長λ、晶面間距d和入射角θ滿足上述關(guān)系時，會發(fā)生衍射。其中n為衍射級數(shù)，是一個整數(shù)。布拉格定律是X射線衍射分析的基礎(chǔ)。通過測量衍射角θ，我們可以確定晶面間距d，從而推斷晶體的晶格結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)。X射線衍射是一種重要的晶體結(jié)構(gòu)分析方法，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。衍射實(shí)驗(yàn)：粉末衍射法1粉末樣品將晶體研磨成細(xì)小的粉末，使晶體的各個晶向都暴露在X射線束中。2X射線照射用單色X射線照射粉末樣品。3衍射圖樣收集衍射X射線，并記錄衍射強(qiáng)度隨角度的變化，得到衍射圖樣。粉末衍射法是一種常用的X射線衍射技術(shù)，用于分析多晶材料的晶體結(jié)構(gòu)。在粉末衍射實(shí)驗(yàn)中，由于樣品是由大量隨機(jī)取向的晶粒組成的，因此衍射圖樣呈現(xiàn)出一系列同心圓環(huán)，每個圓環(huán)對應(yīng)于一組特定的晶面間距。通過分析衍射圖樣的角度和強(qiáng)度，我們可以確定材料的晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)、晶粒大小以及相組成等信息。晶格振動：晶格振動的物理圖像原子振動在固體中，原子并不是靜止的，而是在其平衡位置附近不斷振動。這種振動是由于原子之間的相互作用力引起的。格波當(dāng)大量原子一起振動時，它們的振動會形成一種波，稱為格波。格波是晶格振動的一種集體激發(fā)模式。晶格振動對于固體的熱學(xué)性質(zhì)至關(guān)重要。例如，固體的熱容、熱導(dǎo)率和熱膨脹等性質(zhì)都與晶格振動密切相關(guān)。此外，晶格振動還會影響固體的光學(xué)性質(zhì)和電子性質(zhì)。理解晶格振動是理解固體物理的重要組成部分。單原子鏈：單原子鏈的振動模式單原子鏈?zhǔn)且环N簡化的晶格模型，它由一串相同的原子以等間距排列而成。在單原子鏈中，原子只能沿著鏈的方向振動。單原子鏈的振動模式可以用簡正坐標(biāo)來描述。每個簡正坐標(biāo)對應(yīng)于一種特定的振動頻率和振動模式。單原子鏈的振動模式分為聲學(xué)支和光學(xué)支。聲學(xué)支的振動頻率隨著波矢的增大而增大，類似于聲波的傳播。光學(xué)支的振動頻率在波矢為零時達(dá)到最大值，并且原子之間的相對運(yùn)動是反相的。單原子鏈的振動模式對于理解更復(fù)雜的晶格振動具有重要的指導(dǎo)意義。雙原子鏈：雙原子鏈的振動模式聲學(xué)支低頻振動，類似于聲波，相鄰原子同相運(yùn)動。光學(xué)支高頻振動，相鄰原子反相運(yùn)動，可被光激發(fā)。雙原子鏈?zhǔn)且环N比單原子鏈更復(fù)雜的晶格模型，它由兩種不同的原子交替排列而成。雙原子鏈的振動模式也分為聲學(xué)支和光學(xué)支。與單原子鏈不同的是，雙原子鏈的光學(xué)支在波矢為零時具有有限的頻率，這是由于兩種原子的質(zhì)量不同造成的。雙原子鏈的振動模式可以用來解釋紅外吸收和拉曼散射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。聲子：聲子的概念與性質(zhì)定義聲子是晶格振動的量子化，類似于光子是電磁波的量子化。聲子具有能量和動量，并且可以參與各種物理過程，例如熱傳導(dǎo)和光散射。性質(zhì)聲子的能量與頻率成正比，E=?ω，其中?是約化普朗克常數(shù)，ω是頻率。聲子的動量與波矢成正比，p=?k，其中k是波矢。聲子是一種玻色子，它服從玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)。聲子的概念是理解固體熱學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵。通過引入聲子的概念，我們可以將晶格振動看作是大量聲子的集合，并用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法來研究聲子的分布和性質(zhì)。聲子在固體的熱傳導(dǎo)中起著重要的作用，它將熱能從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域。格波熱容：愛因斯坦模型愛因斯坦模型是一種簡化的固體熱容模型，它假設(shè)固體中的所有原子都以相同的頻率獨(dú)立振動。在愛因斯坦模型中，固體的熱容可以用以下公式計(jì)算：Cv=3R(ΘE/T)2exp(ΘE/T)/[exp(ΘE/T)-1]2，其中R是氣體常數(shù)，ΘE是愛因斯坦溫度，T是溫度。愛因斯坦模型可以解釋高溫下固體的熱容趨于3R的現(xiàn)象，但在低溫下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差。愛因斯坦模型的優(yōu)點(diǎn)是簡單易懂，它可以幫助我們理解固體熱容的基本概念。然而，愛因斯坦模型忽略了晶格振動的集體激發(fā)模式，因此在低溫下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差。更精確的熱容模型需要考慮晶格振動的聲學(xué)支和光學(xué)支。格波熱容：德拜模型德拜模型德拜模型是一種比愛因斯坦模型更精確的固體熱容模型。它考慮了晶格振動的聲學(xué)支，并假設(shè)聲學(xué)支的頻率從零到德拜頻率連續(xù)分布。德拜頻率德拜頻率是一個重要的參數(shù)，它描述了固體中聲子頻率的最大值。德拜模型可以很好地解釋低溫下固體的熱容與溫度的三次方成正比的現(xiàn)象。德拜模型是固體物理中一個重要的模型，它不僅可以解釋固體的熱容，還可以用來研究固體的其他熱學(xué)性質(zhì)，例如熱導(dǎo)率和熱膨脹。德拜模型在低溫下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好，但在高溫下仍然存在一定的偏差。更精確的熱容模型需要考慮晶格振動的光學(xué)支以及聲子之間的相互作用。熱膨脹：熱膨脹的物理機(jī)制原子間距固體中的原子并不是靜止的，而是在其平衡位置附近不斷振動。振動幅度隨著溫度的升高，原子的振動幅度增大。非對稱勢原子間的相互作用勢通常是非對稱的，即原子之間的吸引力和排斥力是不相等的。熱膨脹由于原子間相互作用勢的非對稱性，原子振動幅度的增大會導(dǎo)致原子間的平均距離增大，從而導(dǎo)致固體發(fā)生熱膨脹。固體中的電子：自由電子模型簡化模型自由電子模型是一種簡化的固體電子結(jié)構(gòu)模型，它假設(shè)固體中的電子可以自由移動，不受原子核和離子勢場的影響。1電子氣在自由電子模型中，固體中的電子被看作是一種自由電子氣，它們在固體中自由移動，并服從費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)。2金屬自由電子模型可以很好地解釋金屬的一些基本性質(zhì)，例如良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。3自由電子氣：自由電子氣的性質(zhì)1費(fèi)米能級費(fèi)米能級是指在絕對零度下，電子占據(jù)的最高能級。費(fèi)米能級是自由電子氣的一個重要參數(shù)，它決定了電子的平均能量和速度。2態(tài)密度態(tài)密度是指單位能量范圍內(nèi)電子態(tài)的數(shù)量。態(tài)密度是自由電子氣的另一個重要參數(shù)，它決定了電子的熱容和電導(dǎo)率。3金屬特性自由電子氣具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這是由于電子可以自由移動，并攜帶電荷和熱量。能帶理論：能帶的形成1原子軌道孤立原子具有離散的原子軌道，每個軌道對應(yīng)于一個特定的能量。2原子間相互作用當(dāng)大量原子聚集在一起形成固體時，原子軌道之間會發(fā)生相互作用。3能級分裂由于原子間相互作用，每個原子軌道會分裂成多個能級，這些能級密集地排列在一起，形成能帶。能帶理論是固體物理中一個重要的理論，它描述了固體中電子的能級結(jié)構(gòu)。能帶的形成是由于原子間相互作用導(dǎo)致的。當(dāng)大量原子聚集在一起形成固體時，原子軌道之間會發(fā)生相互作用，導(dǎo)致能級分裂，形成能帶。能帶的寬度和形狀取決于原子間的距離和相互作用的強(qiáng)度。能帶理論可以用來解釋金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的電子性質(zhì)。布洛赫定理：布洛赫函數(shù)的定義1周期勢場在晶體中，電子所處的勢場是周期性的，即勢場在空間中呈現(xiàn)周期性重復(fù)的排列方式。2布洛赫函數(shù)在周期勢場中，電子的波函數(shù)具有以下形式：ψ(r)=u(r)exp(ik·r)，其中u(r)是一個周期函數(shù)，k是波矢。3重要結(jié)論布洛赫函數(shù)是固體物理中一個重要的概念，它描述了電子在周期勢場中的運(yùn)動狀態(tài)。布洛赫定理指出，在周期勢場中，電子的波函數(shù)可以表示為一個平面波和一個周期函數(shù)的乘積。近自由電子模型：能帶隙的形成電子波動性電子在晶體中可以看作是一種波，具有波的性質(zhì)。布拉格反射當(dāng)電子波滿足布拉格反射條件時，會發(fā)生強(qiáng)烈的反射。能帶隙在布拉格反射處，電子波不能傳播，導(dǎo)致能帶出現(xiàn)間隙。近自由電子模型是一種比自由電子模型更精確的固體電子結(jié)構(gòu)模型。它考慮了原子核和離子勢場對電子的影響，并假設(shè)這些勢場是弱的。在近自由電子模型中，能帶隙的形成是由于電子波滿足布拉格反射條件時，發(fā)生強(qiáng)烈的反射，導(dǎo)致電子波不能傳播。能帶隙的大小取決于勢場的強(qiáng)度。固體分類：金屬、半導(dǎo)體、絕緣體金屬金屬具有部分填充的能帶，電子可以自由移動，因此金屬具有良好的導(dǎo)電性。半導(dǎo)體半導(dǎo)體具有完全填充的價帶和空的導(dǎo)帶，價帶和導(dǎo)帶之間存在一個小的能帶隙。在適當(dāng)?shù)臈l件下，電子可以被激發(fā)到導(dǎo)帶，從而使半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性。絕緣體絕緣體具有完全填充的價帶和空的導(dǎo)帶，價帶和導(dǎo)帶之間存在一個大的能帶隙。電子很難被激發(fā)到導(dǎo)帶，因此絕緣體幾乎不導(dǎo)電。固體可以根據(jù)其導(dǎo)電性能分為金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。這三種材料的電子結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致它們的導(dǎo)電性能也不同。金屬具有部分填充的能帶，電子可以自由移動，因此金屬具有良好的導(dǎo)電性。半導(dǎo)體具有完全填充的價帶和空的導(dǎo)帶，價帶和導(dǎo)帶之間存在一個小的能帶隙。在適當(dāng)?shù)臈l件下，電子可以被激發(fā)到導(dǎo)帶，從而使半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性。絕緣體具有完全填充的價帶和空的導(dǎo)帶，價帶和導(dǎo)帶之間存在一個大的能帶隙。電子很難被激發(fā)到導(dǎo)帶，因此絕緣體幾乎不導(dǎo)電。半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體純凈半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體是指不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體材料，例如純硅和純鍺。電子-空穴對在本征半導(dǎo)體中，電子和空穴是成對產(chǎn)生的，它們的濃度相等。電子是指被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子，空穴是指價帶中缺失一個電子的位置。熱激發(fā)電子-空穴對的產(chǎn)生主要是由于熱激發(fā)。隨著溫度的升高，電子-空穴對的濃度增大，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性也增強(qiáng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體：n型半導(dǎo)體摻雜在半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)原子，可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。施主當(dāng)摻入的雜質(zhì)原子比半導(dǎo)體原子多一個價電子時，這些雜質(zhì)原子被稱為施主。n型半導(dǎo)體施主原子容易失去一個電子，從而增加半導(dǎo)體中自由電子的濃度，形成n型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是電子。雜質(zhì)半導(dǎo)體：p型半導(dǎo)體摻雜通過摻雜改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。1受主摻入比半導(dǎo)體原子少一個價電子的雜質(zhì)原子，稱為受主。2p型半導(dǎo)體受主原子容易俘獲一個電子，從而增加半導(dǎo)體中空穴的濃度，形成p型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是空穴。3p-n結(jié)：p-n結(jié)的形成與特性1形成p-n結(jié)是由一個p型半導(dǎo)體和一個n型半導(dǎo)體連接而成的結(jié)構(gòu)。2耗盡層在p-n結(jié)的界面處，由于電子和空穴的擴(kuò)散，形成一個耗盡層，耗盡層中幾乎沒有自由載流子。3單向?qū)щ娦詐-n結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即正向偏置時導(dǎo)電，反向偏置時不導(dǎo)電。半導(dǎo)體器件：二極管1二極管由一個p-n結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件。2正向偏置p型半導(dǎo)體接正極，n型半導(dǎo)體接負(fù)極，二極管導(dǎo)通。3反向偏置p型半導(dǎo)體接負(fù)極，n型半導(dǎo)體接正極，二極管截止。二極管是一種常用的半導(dǎo)體器件，它具有單向?qū)щ娦?，可以用于整流、開關(guān)和穩(wěn)壓等電路中。二極管的工作原理基于p-n結(jié)的特性。當(dāng)二極管正向偏置時，p-n結(jié)的耗盡層變窄，電子和空穴容易越過p-n結(jié)，形成電流。當(dāng)二極管反向偏置時，p-n結(jié)的耗盡層變寬，電子和空穴很難越過p-n結(jié)，電流很小。半導(dǎo)體器件：三極管1三極管由兩個p-n結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，分為NPN型和PNP型。2放大作用三極管具有放大作用，可以用來放大電流或電壓信號。3開關(guān)作用三極管也可以作為開關(guān)使用，控制電路的通斷。半導(dǎo)體器件：場效應(yīng)管柵極通過柵極電壓控制溝道的導(dǎo)電性。源極載流子進(jìn)入溝道的端口。漏極載流子離開溝道的端口。場效應(yīng)管是一種通過柵極電壓控制溝道導(dǎo)電性的半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）。場效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于集成電路中。磁性：磁性的起源電子自旋電子具有自旋，自旋產(chǎn)生磁矩。電子軌道運(yùn)動電子繞原子核運(yùn)動，產(chǎn)生軌道磁矩。原子磁矩原子磁矩是電子自旋磁矩和軌道磁矩的矢量和。磁性的起源是電子的自旋和軌道運(yùn)動。電子具有自旋，自旋產(chǎn)生磁矩。電子繞原子核運(yùn)動，產(chǎn)生軌道磁矩。原子磁矩是電子自旋磁矩和軌道磁矩的矢量和。固體中的磁性是由于大量原子磁矩的有序排列或無序排列造成的?？勾判裕嚎勾判缘奶攸c(diǎn)所有材料所有材料都具有抗磁性。外磁場在外磁場作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生與外磁場方向相反的磁化強(qiáng)度。弱磁性抗磁性是一種弱磁性，磁化率為負(fù)值。順磁性：順磁性的特點(diǎn)原子磁矩材料中的原子具有永久磁矩。無序排列在沒有外磁場時，原子磁矩?zé)o序排列，材料不顯示磁性。外磁場在外磁場作用下，原子磁矩傾向于與外磁場方向一致，材料顯示磁性。弱磁性順磁性也是一種弱磁性，磁化率為正值。鐵磁性：鐵磁性的特點(diǎn)原子磁矩材料中的原子具有永久磁矩。1自發(fā)磁化在沒有外磁場時，原子磁矩自發(fā)地平行排列，材料顯示磁性。2居里溫度當(dāng)溫度高于居里溫度時，鐵磁性消失，材料變?yōu)轫槾判浴?反鐵磁性：反鐵磁性的特點(diǎn)1原子磁矩材料中的原子具有永久磁矩。2反平行排列原子磁矩反平行排列，材料不顯示宏觀磁性。3奈爾溫度當(dāng)溫度高于奈爾溫度時，反鐵磁性消失，材料變?yōu)轫槾判浴嗚F磁性：亞鐵磁性的特點(diǎn)1原子磁矩材料中的原子具有永久磁矩。2反平行排列原子磁矩反平行排列，但大小不相等，材料顯示宏觀磁性。3鐵氧體鐵氧體是一種典型的亞鐵磁性材料。磁疇：磁疇的形成與磁化過程1磁疇鐵磁性材料內(nèi)部存在許多小區(qū)域，每個小區(qū)域稱為一個磁疇，磁疇內(nèi)部的原子磁矩平行排列。2無外磁場在沒有外磁場時，各個磁疇的磁矩方向隨機(jī)排列，材料不顯示宏觀磁性。3外磁場在外磁場作用下，磁疇的磁矩方向逐漸與外磁場方向一致，材料被磁化。磁滯回線：磁滯回線的物理意義剩余磁化強(qiáng)度在外磁場撤去后，材料仍然保留的磁化強(qiáng)度。矯頑力使材料的磁化強(qiáng)度降為零所需施加的反向磁場強(qiáng)度。飽和磁化強(qiáng)度在外磁場足夠強(qiáng)時，材料達(dá)到的最大磁化強(qiáng)度。磁滯回線是描述鐵磁性材料磁化過程的曲線，它可以反映材料的磁性能。磁滯回線的形狀取決于材料的成分、結(jié)構(gòu)和加工工藝。通過分析磁滯回線，可以確定材料的剩余磁化強(qiáng)度、矯頑力和飽和磁化強(qiáng)度等參數(shù)。超導(dǎo)電性：超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1911年荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯在研究金屬汞的低溫性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低到4.2K時，汞的電阻突然降為零。超導(dǎo)現(xiàn)象這種電阻突然消失的現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個重大突破。超導(dǎo)電性是指某些材料在特定溫度下電阻突然降為零的現(xiàn)象。超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)物理學(xué)的一個重要里程碑，它開啟了超導(dǎo)材料和超導(dǎo)器件的研究和應(yīng)用。超導(dǎo)材料具有零電阻和完全抗磁性等特殊性質(zhì)，在能源、交通、醫(yī)療和信息等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。邁斯納效應(yīng)：邁斯納效應(yīng)的解釋完全抗磁性超導(dǎo)體不僅具有零電阻，還具有完全抗磁性，即超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場為零。邁斯納效應(yīng)當(dāng)超導(dǎo)體處于外磁場中時，超導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生與外磁場方向相反的磁化強(qiáng)度，從而將外磁場完全排斥出去，這種現(xiàn)象被稱為邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)特性邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體的另一個重要特性，它是區(qū)分超導(dǎo)體和理想導(dǎo)體的關(guān)鍵。超導(dǎo)材料：第一類超導(dǎo)體定義第一類超導(dǎo)體是指具有單一臨界溫度和臨界磁場的超導(dǎo)體。臨界溫度當(dāng)溫度低于臨界溫度時，材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。臨界磁場當(dāng)磁場高于臨界磁場時，材料失去超導(dǎo)性。金屬大多數(shù)第一類超導(dǎo)體是金屬元素，例如鉛、錫和汞。超導(dǎo)材料：第二類超導(dǎo)體定義第二類超導(dǎo)體是指具有兩個臨界磁場的超導(dǎo)體。1混合態(tài)在兩個臨界磁場之間，超導(dǎo)體處于混合態(tài)，部分區(qū)域?yàn)槌瑢?dǎo)態(tài)，部分區(qū)域?yàn)檎B(tài)。2應(yīng)用第二類超導(dǎo)體具有較高的臨界磁場，更適合用于制造高場超導(dǎo)磁體。3BCS理論：BCS理論簡介1電子配對BCS理論認(rèn)為，超導(dǎo)電性是由于電子配對形成的庫珀對造成的。2聲子媒介電子之間的吸引力是通過聲子作為媒介實(shí)現(xiàn)的。3能隙庫珀對的形成會導(dǎo)致能帶出現(xiàn)一個能隙，能隙的存在是超導(dǎo)電性的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)：高溫超導(dǎo)材料的特點(diǎn)1銅氧化物大多數(shù)高溫超導(dǎo)材料是銅氧化物。2復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。3高臨界溫度高溫超導(dǎo)材料的臨界溫度高于液氮溫度（77K）。高溫超導(dǎo)材料是指臨界溫度高于液氮溫度（77K）的超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)是超導(dǎo)研究領(lǐng)域的一個重大突破，它使得超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用更加經(jīng)濟(jì)和可行。高溫超導(dǎo)材料通常是銅氧化物，其晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，超導(dǎo)機(jī)理也與傳統(tǒng)的BCS理論不同。高溫超導(dǎo)材料在電力、電子、交通和醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。缺陷：點(diǎn)缺陷（空位、間隙原子）1空位晶格中缺失一個原子。2間隙原子原子占據(jù)了晶格中不應(yīng)該占據(jù)的位置。3影響點(diǎn)缺陷會影響材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。缺陷：線缺陷（位錯）刃型位錯晶體中多了一個原子面。螺型位錯晶體中原子排列呈現(xiàn)螺旋狀。塑性變形位錯的運(yùn)動是材料發(fā)生塑性變形的主要原因。位錯是晶體中的一種線缺陷，它可以分為刃型位錯和螺型位錯。位錯的運(yùn)動是材料發(fā)生塑性變形的主要原因。通過控制位錯的密度和運(yùn)動，可以改變材料的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。缺陷：面缺陷（晶界）晶粒多晶材料由許多小晶粒組成。晶界晶粒之間的界面稱為晶界。晶界處的原子排列是無序的。影響晶界會影響材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。晶界是多晶材料中的一種面缺陷，它是晶粒之間的界面。晶界處的原子排列是無序的，這使得晶界具有較高的能量。晶界會影響材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。通過控制晶粒的大小和晶界的結(jié)構(gòu)，可以改變材料的性能。表面物理：表面重構(gòu)表面原子固體表面的原子所處的環(huán)境與內(nèi)部原子不同。重構(gòu)為了降低表面能，表面的原子會發(fā)生重新排列，這種現(xiàn)象稱為表面重構(gòu)。影響表面重構(gòu)會影響材料的表面性質(zhì)，例如表面吸附、表面反應(yīng)和表面電子結(jié)構(gòu)。表面物理：表面態(tài)表面勢固體表面存在表面勢，表面勢會導(dǎo)致表面電子的能級發(fā)生變化。表面態(tài)在表面勢的作用下，表面電子的能級會形成表面態(tài)。表面態(tài)是指局域在固體表面的電子態(tài)。特性表面態(tài)會影響材料的表面性質(zhì)，例如表面導(dǎo)電性和表面催化活性。非晶態(tài)固體：非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無序結(jié)構(gòu)非晶態(tài)固體缺乏長程有序的原子排列。1短程有序非晶態(tài)固體只具有短程有序的原子排列。2各向同性非晶態(tài)固體通常具有各向同性的物理性質(zhì)。3液晶：液晶的分類與性質(zhì)1中間態(tài)液晶是介于固體和液體之間的一種中間態(tài)。2長程有序液晶具有一定的長程有序性。3易流動液晶具有液體的易流動性。4應(yīng)用液晶廣泛應(yīng)用于顯示器件中。聚合物：聚合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1高分子聚合物是由許多小分子（單體）聚合而成的高分子。2鏈狀結(jié)構(gòu)聚合物分子通常是鏈狀結(jié)構(gòu)。3纏繞聚合物分子鏈之間會發(fā)生纏繞，影響材料的性能。聚合物是由許多小分子（單體）聚合而成的高分子。聚合物分子通常是鏈狀結(jié)構(gòu)，分