Kittel-Ch-Vvedenie-v-fiziku-tverdogo-tela (1239153), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Им я обязан очень мног:м, Все рисунки, один за другим, были любезно проверены Чинг Яо Фоигом и Джозефом Риусом, а задачи — Ленардом Сендером. Отдельные главы рецензировали Адольф Пабст, Чарлз Смит, Дэвид Темплтон, Реймонд Бауэрс, Сидни Эйбрахамс, Ирл Паркер, Дж. Томас и М. Тинкхэм; Уолтер Маршалл любезно предоставил мне на выбор обширный 11 материал по результатам иейтрон-дифракционных исследований.
В подготовке вводных исгорических справок мне помогали Адольф Пабст, П, Эвальд, Элизаоет Хафф, Мюриэл Кнттель, Джорджиана Тайтес и работники физической библиотеки Высшей нормальной школы (Париж). За квалифицированные советы при отооре экспериментальных данных для таблиц, содсржашнх числовые данные, я искренне прпзиателен Лио Брюэру, Р. Бозорту, Норману Филлипсу, Верду Матгизсу, Вере Компзон. М. Тпнкхэму, Чарлзу Смиту, Э.
Берстейну, Ф. Джона н С. Стресслсру. Иллюстрации получили свою окончательную форму благодаря Феликсу Куперу при предварительной помоши Эллис Майерс. Специальной благодарности достойны те, кто предосзавил мпе отдельные фотографии и рисунки; в их отборе нсоценимую помощь оказали мне Роберт ван Нордстранд, Т. Джебел, У.
Перриш, Бетси Берлсон, И. Темплтон и Дж. Томас, а также Х. Макскимен, Х. Уильямс, Р. Деблуа, Э. Хан, А. фон Хиппель, Б. Брокхауз, Р. Миллер, Р. Ле Кро, Э, Мюллер, П. Сван, Дж. Бэкон, Дж. Джордон и Алан Холден.» Беркли, Калифорака Ч. У(иггель ЗАМЕТКИ ДЛЯ ЧИТАТЕЛЯ Главы ! и 2 об анализе структуры кристаллов относятся к числу фундаментальных. 1',и кдое понятие или положение, изложенное г, главе 2, существенно используется в главах о зонной энергетической структуре и полупроводниках. Особенно это относится к понятию обратной решетки и зонам Бриллюэна. Общий метод, развитый в !1рнложении А для дифракции ренггеновских лучей, также изложен в главе 9 в ка ~сстве основы для построения теории электронных энергечических зон.
Главу 4 при первом чтении можно опустить. В главах 4 и 5 рассмотрены скорость, кванчование и взаимодействие упругих волн в кристаллах; к числу вопросов, затронутых в этих главах и используемых позднее, относится определение числа состояний в зоне Бриллюэна и числа состояний на единичный энергетический интервал. Главы 7 — 10 посвящены электронам в металлах. Главы 9 и 1О об энергетических зонах— наиболее важные главы книги, здесь способ изложения является несколько новым для учебника, но зато отражает современный уровень исследований в этой области. Центральным для понимания содержания этой главы является доказательство теоремы Блоха.
Рассмотрение свойств дырок проводится здесь с таким расчетом, чтобы подготовить читателя к работе над изучением главы 11 о полупроводниках. Глава 12 о сверхпроводимости содержит осноьные экспериментальные факты, освещаемые !3 с точки зрелая теории БКШ, ио на принятом уровпе изложения иевозл|ожио дать содержательное изложение самой этой теории и поэтому автор рекомендует обращаться к другой своей к|шг «Квантовая теория твердых тела пли к кщ|ге Дж. Зайк|аиа «Принципы теории твердого тел а'». Ггщвы 13--17 госвящепы диэлектрическим и магнитным свойствам твердых тел. Глава 18 посеяв!ела экситопач! и оптическим своиствам; в ией '|акжс солей>аптек описа||ие твср,|отелы|ых лазе;|ов. Последиие две главы (19 п 20) касаются в основном дефектов в твердых телах и ||огут быть прочитаны на любом удобном этапе изучения материала книги.
! л а в а 1. ОПИСАНИЯ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ :0 Периодические ало«и(ыс ряды . траясляцпи п криста и(чзск,ы рсш псп ЫП, Назар опзршо а сиьгкстрш( (22(, вазвс и крпствлпшс ьав отру:туга ю((, и пкятявпы ячьасв 2(. Основные типы кристаллических ретпсток двулиараыз крпстял, кч сьас р ш" опг (22(. трат ыряы кристзллпчзскпз р шн'ки (зз(. Положение и орче нация (лоскостей в крнсталлпк . Положение узлов злсмеитарпой ячейки Простые кристалл(шсскис структуры . стпуьтуов ьлозпс(ого пзгл|л (о, структура кло я(того ц зля (42( гсксзго. пал(зля стггг г(рз с ппггши ьпзлозкогл ((ЗЧ Сгг( лура в-Кззп Чн. Куги. чгсг(ая полиФИКП (пя ст( (кг(ры у(' Фглз ця гкз ((и .
г ссг, о га г' 'гва з(ол г ( п «зцгга стРУгсгу( ы сУльфила пикка (чт(. Реальные кристялтп (сскяс структуры Ось и\а(,р и и ( и 0 пп к„кр . л \ ((2. П(пилзпл' и . 'ппкогкп зто" иоа и по(пгипи(г (зш. спрвюзппкп по срр(кг(г. кп(.гз оь Резюме . Зада (и Литература, 37 40 20 ов от 770 !5 Физика твердого тела, как наука, родилась в начале нашего века в связи с развитием аточ(ной физики.
Она занил(астся гларпым образом изучен(!ел! кристаллических твердых тел и поведением электронов в этих телах. Сто лет назад кристаллы изучались только с точки зрения их внешней формы и симметричных связей между различными коэффициентами, опчсы(заюшими физические свойства кристаллов. После открытия дпфракции рентгеновских лучей и публикации серии простых и весьма успешных работ с расчетами и предсказаниями свойств кристаллических веществ началось фундаментальное изучение атомной структуры кристаллов. Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны еще несколько тысячелетий назад. Одна из наиболее ранних зарисовок кристаллов содержится в китайской фармакопее одиннадцатого века нашей эры. Кристаллы кварца из императорской короны, сохранившиеся с 768 года нашей эры, находятся в Сесоине, сокровищнице японских императоров в Нара.
Кристаллом называли вначале только лед, а затем и Рнс, !И. Изображение кристалла, взятое из старого трактата по минералогии. (Гаюи.) Рис. !.2. Связь внешней формы кристаллов с формой элементарнык структурных элементов. Структурные элементы олпнаковы в случаях, изображенных слева и справа, но развитие получают разные грани. (Из атласа к книге Гаюи (3).) кварц, считавшийся окаменевшим льдом. В конце эпохи средне- вековья слово «кристалл» стало употребляться в более общем смысле, Геометрически правильная внешняя форма кристаллов, образующихся в природных или лабораторных условиях, натолкнула ученых еще в семнадцатом веке на мысль, что кристаллы ооразуются посредством регулярного повторения и пространстве одного и того же структурного элелгента, так сказать, кирпичика (рис.
1.2). Прп росте кристалла в идеальных условиях форма его в течение всего роста остается неизменной, как если бы к растущему кристаллу непрерывно присоединялись бы элементарные кирпичики. Сейчас мы знаем, что такими элементарными кирпичиками являются атомы или группы атомов. Кристаллы состоят из атомных рядов, периодически повгоршощихся в пространстве и образующих кристаллическую решетку. В восемнадцатом веке минерачогами было сделано ваткиое открытие.
Оказалось, что индексы (найденные определенным способом, описанным ниже), определяющие положение в пространстве любой грани кристалла, суть целые числа. Гаюи 11 — 3) показал, что зто можно объяснить расположением идеи. тичных частичек в ряды, периодически повторяющиеся в пространстве. В 1824 г.
Зибер [5] из Фрайбурга предполо кил, гто элементарные составляющие кристаллов («кирпичнкиа, атомы) являются маленькими сферами. Он предложил эмппричсскии закон мсжатомной силы с учетом как сил г1ритяжения, так снл отталкивания между атомами, что было необходимо для того, чтобы кристаллическая решетка была ста ильным равновесным состоянием системы идентичных атомов. Пожалуй, наиболее важной датой в истории физики твердого тела является 8 июня 1912 г. В этот день в Баварской Лкадемии наук в Мюнхене слушался доклад «Интерференция Рис.
1,3. Модель кальцита (СаСО«) по Ггой. «еасу (4]. 17 Криста гл Флюоригл (Са!-;), имеюшпп грортгу октаодра' Раскалывание по плосгостп спабности кристалла каменной соли тхаг.!). ,рупиыб т!Опокоистг!лт !отис!0"о !итглня !.' а)) с примесью галлия, добавленной в кристалл для того, итобы его ь!оао но оь!ло попользовать н ка ыстве детектоРа гамма-излу'челна. 51о ~окрпсталл ьодистого пен;я (Сз)) в момент подь'ма из ростовой пс щ )трупный (поряд;,а 25 кг) кристалл вырастает пз ма;г щнл о з. трзвонпо~ о крис~алла. Для обеспенения равномерного роста криспьтлнясскзя були (показа, а стрелкой) непрерывно враигае ся, и зго вращение контролируется с помощ~ о нагом;пики, помещеиьой па опорной раме пад пенью.
Для абсспеиенин вертгктаьпого роста буля ыедлеиио выт,гиваегся из расплава со скоростью примерно 25 мм в день. рентгеновских лучей». В первой части доклада Лауэ выступил с изложением элементарной теории дифракции рентгеновских лучей на периодическом атомном ряду. Во второй части доклада Фридрих и Книппинг сообщили о первых экспериментальных наблюдениях дифракции рентгеновских лучей в кристаллах [б] '). Этой работой было показа" т. что рентгеновские лучи яв-' ляются волнами, так как они способны дифрагировать.
Работа неопровержимо доказала также, что копсталлы состоят из периодических рядов атоьто44. С этого дня началась та физика твердого тела, какой мы знаем ее сегодня. В годы, непосредственно следующие за 1912 годом, в физике твердого тела оыло сделано много важных пионерских работ. Первыми кристин:щческими структурами, определенными У. Л. Брэггом в 1913 г. с помощью рентгеновского днфракционного анализа, были структуры кристаллов КС!, хаС), КВг и К! [1О]. ПЕРИОДИ41ЕЕКИЕ АТОМНЫЕ РЯДЫ Для описания кристаллических структур был создан специальный символический язык.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
