Đề cương môn vật lý tinh thể

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


1



ĐỀ CƢƠNG MÔN HỌC CAO HỌC

Tên môn học : VẬT LÝ TINH THỂ
Tên tiếng Anh: CRYSTAL PHYSICS
Số tín chỉ : 3 TC
Số tiết : 45 tiết
Bộ môn phụ trách: Vật Lý Ứng Dụng Thuộc khoa: Vật Lý – Vật Lý Kỹ Thuật
Giảng viên phụ trách: Vật lý ứng dụng thuộc khoa Vật lý-Vật lý Kỹ Thuật
Giảng viên cùng tham gia giảng: TS Trần Quang Trung có thể thay thế giảng dạy
khi cần thiết
Đánh giá môn học:

Tiêu chuẩn đánh giá Hình thức đánh giá Điểm môn học
Trọng
số (%)
Thang điểm
(/10)
Điểm giữa kỳ
Bài tập 25 2.5
Thi cuối kỳ Thi viết(vấn đáp) + bài tập
75 7.5
Tổng điểm 10

Môn học tiên quyết : Không cần

Faculty of Physics & Engineering
Physics
Applied Physics Department

Phone: (84.8) 38324461
Fax: (84.8) 8350096



Head
Dr. Le Vu Tuan Hung Email :
Vive Head
Dr. Lam Quang Vinh Email:



TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


2
1. Mục tiêu của môn học:
Môn học nhằm giúp học viên biết tìm cách tính toán các định luật vật lý xảy ra
trong các tinh thể là những môi trường dị hướng (bất đẳng hướng), học viên sẽ biết
cách định hướng cho các lát cắt tinh thể để hiệu ứng vật lý xảy ra theo hướng mong
muốn là cực đại hay cực tiểu. Điều này là quan trọng vì hầu hết các dụng cụ vật lý
hiện nay đều được chế tạo từ các tinh thể.
2. Tóm tắt nội dung môn học:
- Môn học bắt đầu với việc ôn lại và nâng cao các kiến thức cơ sở của tinh thể
học như hàng (phương mạng), mặt mạng, ô mạng, các định vị các yếu tố trên
trong không gian. Giới thiệu khái niệm mặt mạng, tinh thể, các yếu tố đối xứng

của tinh thể, giới thiệu cấu trúc của một số tinh thể bán dẫn điển hình như GaAs
(cấu trúc sphalerite), CdS (cấu trúc wurzite), kim cương.
Các bài tập kèm theo phần này giúp học viên hiểu rõ hơn về cấu trúc của
các tinh thể chủ yếu tập trung vào các cấu trúc lập phương tâm mặt và lục giác xếp
chặt.
- Phần tiếp theo giới thiệu về nhiễu xạ của tia X bởi các tinh thể. Phần này giới
thiệu các phương pháp thực nghiệm và các thông tin về cấu trúc tinh thể rút ra
được từ các phương pháp này.
- Để có thể tính toán cụ thể các hiện tượng vật lý xảy ra như thế nào trong môi
trường dị hướng (các tinh thể) cần phải đưa vào một công cụ toán học để giải
bài toán trên, đó là giải tích tenxơ. Phần này trình bảy các cơ sở của giải tích
tenxơ, cách tính toán đối với các tenxơ (là đại lượng vật lý) tập trung chủ yếu
đối với các tenxơ bậc hai, bậc ba và bậc bốn.
- Cuối cùng để học viên có một cái nhìn cụ thể về cách tính tenxơ đối với tenxơ
bậc hai môn học sẽ giới thiệu về cách tính sụ di truyền ánh sáng trong một tinh
thể điện môi trong suốt không từ tính. Học viên sẽ thấy được từ cách giải cụ thể
hệ phương trình Maxwell. Đối với trường hợp trên thì bình thường tinh thể có
tính lưỡng chiết và phân cực và chỉ trong những trường hợp riêng củng mới có
tính đơn chiết và không phân cực.
3. Nội dung chi tiết môn học:
PHẦN I: GIẢNG DẠY TRÊN LỚP (số tiết LT: 35 tiết )
Chƣơng 1: Cấu trúc tinh thể (15 tiết)
 Định nghĩa các trạng thái rắn: Vô định hình và kết tinh.
 Cấu trúc tinh thể : hàng, mặt mạng, ô mạng và các cách định vị chúng trong
không gian.
 Mạng và tinh thể: mo6tip và ví dụ về cấu trúc một vài tinh thể.
 Sự đối xứng phương của tinh thể: các yếu tố đối xứng điểm: Trục đối xứng,
mặt gương, tâm đối xứng.
 Phép chiếu cực xạ (phép chiếu không gian) của các yếu tố đối xứng.
 Các quan hệ tương đương của các yếu tố đối xứng.

 Bảy hệ thông tinh thể và 32 nhóm đối xứng điểm.
 Các yếu tố đối xứng tổng quát: trục xoắn và mặt gương trượt và 320 nhóm
không gian.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


3
 Ví dụ về một số cấu trúc của các tinh thể: cấu trúc sphalerite va wurzite
Phần bài tập (7 tiết) :thông qua các bài tập nhằm giúp học viên hiểu thêm về
các khái niệm cấu trúc xếp chặt, hệ số lấp đầy, tỉ số bán kính của các ion ảnh
hưởng đến cấu trúc của các tinh thể như thế nào.
Chƣơng 2: Sự nhiễu xạ của tia X bởi tinh thể (4 tiết)
 Công thức nhiễu xạ Bragg và công thức nhiễu xạ Lauer
 Mạng và mạng đảo, hình cầu Ewald và cách tìm các cực đại của nhiễu xạ.
 Các phương pháp thực nghiệm về nhiễu xạ tia X:
o Phương pháp Lauer
o Phương pháp tinh thể quay
o Phương pháp bột(Debye-Sherrer) và cách cải tiến của phương pháp
này bằng cách sử dụng ống đếm G-M thay cho kính ảnh.
Phần bài tập (3 tiết) giúp các học viên biết được các thông tin gì thu được từ phép
nhiễu xạ tia X để suy ra cấu trúc của tinh thể ví dụ như hằng số mạng, mật độ nút…

Chƣơng 3 : Biểu diễn các đại lượng vật lý của môi trường tinh thể bằng các tenxơ
(10 tiết)
 Quan hệ giữa nguyên nhân và kết quả trong môi trường dị hướng: khái niệm
tenxơ và cách định nghĩa tenxơ qua quy luật biến đổi của chúng khi biến đổi
hệ trục tọa độ.
 Sự biến đổi của các hệ trục tọa độ trực giao và chuẩn hóa.
 Định nghĩa tenxơ : tenxơ bậc không, tenxơ bậc một (vectơ), tenxơ bậc hai và
tenxơ bậc tổng quát.

 Quy tắc đoán nhận bậc của một tenxơ.
 Một vài tính chất của tenxơ bậc hai:
o Vết của tenxơ bậc hai và tính bất biến của nó.
o Giá trị riêng và vectơ riêng của một tenxơ bậc hai.
 Sự giới hạn số thành phần độc lập của một tenxơ do tinh đối xứng của tinh thể.

Chƣơng 4 :Sự truyền của ánh sáng trong môi trƣờng dị hƣớng (6 tiết)
 Hệ phương trình Maxwell cho môi trường điện môi trong suốt và không
từ tính.
 Giải cụ thể hệ phương trình Maxwell: ánh sáng là sóng ngang, sự phân
cực của ánh sáng , mặt sóng, mặt phẳng phân cực, phương truyền ánh
sáng và phương truyền năng lượng ánh sáng.
 Ellipsoid chiết suất.
 Các tinh thể lưỡng trục, đơn trục và đẳng hướng quang học.
 Phương truyền của ánh sáng và của tia sáng, cách tính các góc lệch giữa
chúng.
 Sự truyền ánh sáng dọc theo các trục chính của tinh thể.



TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


4

Tài liệu tham khảo


[1]. M.P.Shaskolskaya: Krystalographia
NXB Vyssaia Skola 1984
[2]. E.Dieulesanint; D.Royer: Ondes e’lastiques dans les solides
NXB Masson et C e’diteurs 1974
[3]. Yu.I.Sorotin, M.P.Shaskolskaya : Fundamentals of crystal Physics
NXB Mir Publishers Moscow
[4]. Quan Hán Khang :Quang học tinh thể và kính hiển vi phân cực
NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1986
[5]. N.V.Perelomova, N.M.Tagiaeva: Problems in crystal Physics with solutions
NXB Mir Pubishers Moscow 1983
[6]. Trương Quang Nghĩa: Sơ lược về các phép tính tenxơ và ứng dụng vào quang
học tinh thể. Bài giảng tại lớp bồi dưỡng cán bộ trẻ tại Nha Trang năm 2001.


BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔN HỌC

CB PHỤ TRÁCH SOẠN ĐỀ CƢƠNG





PGS.TS Trương Quang Nghĩa