ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА Ich mag diese Physik des

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА “Ich mag diese Physik des festen Körpers nicht” W. Pauli Nobel Price 1945 Минск 2011

Лекция № 1 Твёрдое тело (аморфное либо кристаллическое) — одно из агрегатных состояний вещества, характеризующееся сопротивлением деформации и изменению объёма Физика твердого тела – наука о структуре, физических свойствах твердых тел и протекающих в них явлениях Объект физики твердого тела – твердые тела (кристаллические и аморфные)

Предмет и задачи физики твердого тела Исследование связи между составом, кристаллической структурой, электронной структурой и свойствами твердых тел предмет физики твердого тела

Предмет и задачи физики твердого тела Задачи физики твердого тела: 1) Определение структуры твердых тел 2) Изучение физических свойств твердых тел (механических, тепловых, электрических, оптических, магнитных и т. д. ) 3) Установление связи между составом твердых тел, их атомноэлектронной структурой и физическими свойствами 4) Создание новых материалов с заданными свойствами, предсказание их поведения при различных внешних воздействиях

Предмет и задачи физики твердого тела Состав Структура Электронная структура и свойства Функция Расчеты «из первых принципов» (по заданному составу) структуры, электронной структуры и свойств с целью создания новых материалов – голубая мечта!

Агрегатное состояние вещества – функция температуры Принято выделять три области температур: • низкотемпературную, • промежуточную • высокотемпературную

Агрегатное состояние вещества Нижняя граница высокотемпературной области (Z=100, E=k. T 2 105 э. В T 2 109 K При температурах T>T 2 вещество находится в состоянии высокотемпературной плазмы и состоит из полностью неупорядоченной смеси электронов и ядер. При этом полностью исчезают свойства химических элементов

Агрегатное состояние вещества Верхняя граница низкотемпературной области (Z=55, I 2=k. T 1 4 э. В T 2 4. 6 • 104 K При температурах T

Классификация твердых тел • 1) по электропроводности – диэлектрики, полупроводники, проводники (металлы и полуметаллы), сверхпроводники; • 2) по типу химической связи – молекулярные кристаллы, ионные кристаллы, ковалентные и металлические кристаллы; • 3) по магнитным свойствам – диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, неколлинеарные магнетики

Классификация твердых тел Классификация по электропроводности Полупроводники - класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов и изоляторов. Электропроводность полупроводников сильно зависит от структуры, вещества , количества и типа примеси и внешних условий: температуры, электрических и магнитных полей, освещения и т. д. Характерной особенностью П. , отличающей их от металлов, является возрастание электропроводности σ с ростом температуры.

Температурная зависимость удельного сопротивления при низких температурах Металлы T Полупроводники T

Таблица Менделеева

Классификация твердых тел по типу химической связи Ионная связь Na. Cl, KCl, … Металлическая связь Na, K, Mg, Al, … Ковалентная связь C, Si, Ge, … Химическая связь Молекулярная связь Ne, Ar, … Водородная связь

Классификация твердых тел по типу химической связи

Классификация твердых тел по типу химической связи

Схемы гибридизации АО углерода

Металлическая связь + + + + +

Молекулярная связь Силы Ван-дер-Ваальса 1 ориентационные силы 2 дисперсионные (лондоновские) силы 3 индукционные силы

Водородная связь

Классификация твердых тел по магнитным свойствам

Результаты анализа (2003 г. ) индекса цитирования Physical Review (S. Redner physics/0407137) Av. Age =средний возраст ссылающихся статей Scientific impact = (Av. Age) * (Number of citations)