E-book details

Wstęp do fizyki ciała stałego

Wstęp do fizyki ciała stałego

Jerzy Garbarczyk

Ebook

Celem książki jest zaznajomienie studentów z podstawowymi pojęciami fizyki ciała stałego oraz wyrobienie u nich odpowiedniej intuicji fizycznej, co jest niezbędne wszystkim studentom Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej. Z tego powodu Autorzy pominęli niektóre tradycyjne zagadnienia fizyki ciała stałego, uwzględniając mniej znane tematy, które są szczególnie istotne dla rozwoju współczesnej fizyki. Sporo miejsca poświęcono np. krystalografii i rozmaitym symetriom, fizyce defektów w kryształach, a także fizyce ciał amorficznych, które przez długie lata w ogóle nie były zaliczane do ciał stałych. Zwrócono także uwagę na pewne stosunkowo nowe zagadnienia, takie jak: przewodniki superjonowe, materiały interkalowane, fullereny i fulleryty, kwazikryształy i nanomateriały.
 
W drugim wydaniu przeformułowano pewne partie tekstu i uzupełniono go informacjami, dotyczącymi (m.in.) nanorurek węglowych i, otrzymanego nie tak dawno, grafenu.

Przedmowa 5

1. Powstawanie i ogólna klasyfikacja ciał stałych 7

1.1.Ogólna klasyfikacja ciał stałych 7

1.2.Metody otrzymywania ciał stałych 13

2. Wiązania w ciałach stałych 18

2.1.Wiązanie jonowe 18

2.2.Wiązanie metaliczne 23

2.3.Wiązanie van der Waalsa 25

2.4.Wiązanie kowalencyjne 28

2.5.Wiązanie wodorowe 38

2.6. Wpływ wiązań na właściwości fizyczne ciał stałych 40

3. Krystaliczne ciała stałe kryształy idealne 42

3.1.Sieć Bravais’go a sieć krystaliczna 43

3.2.Wskaźniki Millera 47

3.3.Symetrie w kryształach 50

3.3.1.Translacje 51

3.3.2.Obroty 51

3.3.3.Inwersje 53

3.3.4.Odbicia zwierciadlane 53

3.3.5.Obroty niewłaściwe 53

3.3.6.Poślizgi 55

3.3.7. Kombinacje obrotów z translacjami ułamkowymi 55

3.4.Grupy i ich przykłady 57

3.5.Reprezentacje grup 62

3.6. Układy krystalograficzne. Trójwymiarowe sieci Bravais’go 65

3.7.Przegląd struktur krystalicznych 73

3.8.Przemiany fazowe w kryształach 80

3.9. Alotropowe, polimorficzne oraz izomorficzne odmiany kryształów 85

3.10.Sieć odwrotna 93

3.11.Określanie struktury krystalicznej 98

3.11.1.PodejścieWulfa-Braggów 99

3.11.2.Podejście Lauego 101

3.11.3. Równoważność podejść Wulfa-Braggów i Lauego 102

3.11.4.Czynnik atomowy i czynnik struktury 103

3.12.Elektrony w kryształach 104

3.12.1. Przybliżenie adiabatyczne i przybliżenie jednoelektronowe 104

3.12.2.Funkcje Blocha 106

3.13.Struktura pasmowa kryształów 110

3.13.1. Opis struktury pasmowej we współrzędnych r, E 110

3.13.2. Opis struktury pasmowej we spółrzędnych k,E 113

3.13.3.Dynamika elektronów w krysztale 115

3.14.Metale, półprzewodniki, dielektryki 119

3.14.1.Metale (przewodniki) 119

3.14.2.Półprzewodniki 121

3.14.3.Dielektryki (izolatory) 124

4. Krystaliczne ciała stałe defekty 127

4.1.Defekty punktowe(zerowymiarowe) 128

4.1.1.Termodynamikadefektówpunktowych 129

4.1.2.Notacja Krögera-Vinka 132

4.2.Defekty liniowe (jednowymiarowe) 134

4.3.Defekty płaskie(dwuwymiarowe) 139

4.4.Defekty przestrzenne (trójwymiarowe) 140

4.5.Polikryształy i ceramika 141

4.6. Drgania cieplne sieci krystalicznej (fonony) 142

4.7. Wpływ defektów na właściwości fizyczne ciał stałych 148

4.8. Roztwory stałe, stopy i związki niestechiometryczne 150

4.8.1.Roztwory stałe 150

4.8.2.Stopy152

4.8.3.Związki niestechiometryczne 153

4.9. Przewodniki superjonowe i materiały interkalowane 153

4.9.1.Przewodniki superjonowe 153

4.9.2.Materiały interkalowane 158

4.10.Nanokryształy i kwazikryształy 161

4.10.1.Materiały nanokrystaliczne 161

4.10.2. Kwazikryształy i struktury modulowane 164

5. Amorficzne ciała stałe 168

5.1.Transformacja do fazy szkła 168

5.2. Model swobodnej objętości. Zależność Vogela-Fulchera 171

5.3.Funkcja rozkładu radialnego 173

5.4.Modele ciał amorficznych 177

5.4.1. Model przypadkowego ciasnego upakowania szkła metaliczne 177

5.4.2. Model ciągłej sieci przypadkowej szkła kowalencyjne 180

5.4.3. Model przypadkowych łańcuchów polimery 182

5.5.Określanie struktury ciał amorficznych 185

5.6.Zastosowania ciał amorficznych 189

Literatura 191

Skorowidz 192

Układ okresowy pierwiastków 196