1 / 43

Fyzika kondenzovaného stavu

1. přednáška. Fyzika kondenzovaného stavu. Z historie poznávání kondenzovaných látek. 8. století: zmínky o krystalech soli (Japonsko) 1611: J. Kepler – krystalické útvary sněhu 1669: N. Stensen – konstantní úhly mezi stěnami krystalů horského křišťálu (křemen)

orrick
Download Presentation

Fyzika kondenzovaného stavu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 1. přednáška Fyzika kondenzovaného stavu

  2. Z historie poznávání kondenzovaných látek 8. století: zmínky o krystalech soli (Japonsko) 1611: J. Kepler – krystalické útvary sněhu 1669: N. Stensen – konstantní úhly mezi stěnami krystalů horského křišťálu (křemen) 1665: R. Hook – hypotéza o periodické stavbě krystalů (elementárními útvary jsou elipsoidy) 1678: Huygens – vysvětlil dvojlom (objevil Berthelsen) 1690: Huygens – krystal lze sestavit opakováním identických bloků 1789: Bergmann – elemetárními útvary krystalu jsou rovnoběžnostěny 1824: Seeber – elementy jsou malé kuličky 1850: Bravais – 14 základních prostorových mřížek (Fedorov a Schoenflies – 230 typů mřížek)

  3. Moderní historie FKL 28.4.1911: objev supravodivosti (H. Kamerlingh-Onnes) 8.7.1912: Laue a kol. – referát o strukturní analýze pomocí rentgenových paprsků (Mnichov) 1913: W.L. Bragg – první experimentální určení struktury (NaCl) 1927: Germer, Davisson, Thompson – difrakce elektronů na krystalové mřížce 1931: Ernst Ruska – elektronový mikroskop 1934: Taylor, Orowan – předpověď dislokací (experimentálně potvrzeno 1953) 1948: Shockley, Bardeen, Brattain – tranzistor 1953: Brillouin – difrakce vnitřních elektronů v PL na krystalové mřížce

  4. Moderní historie FKL 1958: Prochorov, Basov, Townes – teoretická předpověď laseru 1960: Mainmann – realizace krystalového laseru 1962: Hall – polovodičový laser 1957: objasnění supravodivosti (Bardeen, Cooper, Schrieffer) 1958: integrovaný obvod (J. Kilby – NC 2000) 1962: objev zvláštního tunelového jevu u supravodičů (Josephson, Giever) 1987: objev vysokoteplotní supravodivosti

  5. Moderní historie FKL 1992: předpověď nalezení fullerenů 1996: NC za objev fullerenů (Robert Curl, Richard Smalley, Harold Kroto) 2004: objev grafenu 2010: NC za objev grafenu (A. Geim, K. Novoselov)

  6. Kondenzované látky • kapalné- newtonovské kapaliny- nenewtonowské kapaliny • pevné (hookovské, nehookovské)- krystalické- amorfní- „měkké látky“ (mýdlo, kečup, tvaroh, ...)- polymer- …

  7. Síly, energie a časové škály ve fyzice kondenzovaného stavu • mezimolekulární (mezičásticové) síly- přitažlivé (dalekodosahové, Coulombovské)- odpudivé (krátkodosahové , „silné“ , QM původ) • vazebná energie • relaxační doba

  8. Kondenzace a tuhnutí • vysoká teplota- zanedbatelný vliv přitažlivých sil- Ek(energie tepelného pohybu částic) převažuje • snižování teploty- přitažlivé síly začínají nabývat důležitosti- molekulární páry (dvojice) zůstávají déle pohromadě- korelace v pohybu molekul- krátkodobě existující klastry molekul

  9. Kondenzace a tuhnutí • kondenzační teplota- významná korelace pohybu molekul (vznik kapaliny)- energie přitažlivé interakce  Ek- vliv energie odpudivých sil- krátkodosahové uspořádávání molekul (přeuspořádání po uplynutí relaxační doby)- přitažlivé interakce co nejvíce „stěsnávají“ molekuly- odpudivé interakce zajišťují minimální separaci • další snižování teploty- uspořádávání molekul (resp. atomů, iontů)- tuhnutí  vznik pevné látky (PL)

  10. Dva typy tuhnutí kapalin • krystalizace (Tt) • tuhnutí v důsledku rychlého zvýšení viskozity při jejím ochlazení- amorfní látky (vosk, asfalt, ...)- sklo (má schopnost krystalizace, ale viskozita roste s poklesem teploty tak rychle, že látka ztuhne dříve, než stačí zkrystalizovat)

  11. Mezimolekulární (mezičásticový) potenciál(resp. potenciální energie) U >>kT  permanentní (chemická) vazbaU≥ kT  vazba se může rozpadnout resp. restrukturalizovat vlivem teploty

  12. Vazby v kondenzovaných látkách • Van der Waalsova • iontová • kovalentní • kovová • vodíková • hydrofobní interakce • halogenová

  13. Fázový diagram a1, 2 – křivky tuhnutí (tání)b – křivka kapalnění c – křivka sublimace kritický bod v – počet stupňů volnosti f – počet fází k – počet složek trojný bod

  14. Krystalické látky

  15. Johannes Kepler (1611)Novoroční dar aneb o šestiúhelných vločkách • v jistém smyslu první krystalografická práce • napsáno roku 1610 v Praze • vyšlo 1611 ve Frankfurtu nad Mohanem

  16. Nejtěsnější uspořádání koulív Keplerově podání

  17. Nejtěsnější uspořádání koulí(hexagonální a kubické)

  18. Hexagonální struktura s těsným uspořádáním (hcp)

  19. Kubické nejtěsnější uspořádání (plošně centrovaná struktura - fcc)

  20. Lineární mřížka (modelová situace) translační vektor báze

  21. Translační symetrie a – struktura b - mříž

  22. Volba počátku mříže

  23. Volba základních translací

  24. Primitivní a centrovaná buňka PRIMITIVNÍ BUŃKA - na primitivní buňku připadá jeden mřížový bod CENTROVANÁ BUŇKA a – dvojitá b - trojitá

  25. Výběr elementární buňky v rovinné mřížce Elementární buňka s nejmenším objemem – primitivní buňka

  26. Primitivní a centrovaná buňka primitivní buňka centrovaná buňka

  27. Popis buňky

  28. Základní prvky symetrie krystalů • rovina souměrnosti (zrcadlení) • střed inverze • n-četná rotační osa symetrie • n-četná inverzní osa rotace • n-četná šroubová rotační osa symetrie • translační rovina souměrnosti

  29. Inverzní osy

  30. Rozdíl mezi kombinací prvků symetrie a složeným prvkem symetrie

  31. Šroubové osy

  32. Prvky symetrie n-četná rotační osa- otočením o úhel 2/n se krystal ztotožní sám se sebou n-četná šroubová osa- otočení o 2/n a následující translace o c/n (kde c je nejmenší vzdálenost mezi uzlovými body ve směru osy) rovina souměrnosti- rovina vůči níž jsou obě části krystalové struktury vzájemným zrcadlovým obrazem

  33. Prvky symetrie translační rovina souměrnosti- krystalová struktura přechází sama v sebe operací zrcadlení a s ní spojenou translací ve směru rovnoběžném s touto rovinou zrcadlení střed inverze- ke každému atomu s průvodičem R existuje identický atom s průvodičem -R n-četná inverzní osa rotace- po rotaci o úhel 2/n kolem této osy a po následující inverzi splyne krystal sám se sebou

  34. Bravaisovy buňky

  35. Symetrie Bravaisových buněk

  36. Millerovy indexy

  37. Millerovy indexy (roviny) - příklady rovin v sc

  38. Millerovy indexy (značení směrů)

  39. Roviny v h.c.p.

  40. Struktura chloridu sodného Cl- mřížka fcc Na+ báze NaCl (a=0,56 nm), LiH (a=0,41 nm),KCl, PbS, AgBr, MgO, MnO, KBr

  41. Struktura chloridu cesného prostá kubická mřížka (sc) CsCl (a=0,41 nm) CuPd (a=0,29 nm) CuZn (a= 0,29 nm)LiHg (a=0,33 nm) BeCu (a=0,27 nm) báze

  42. Hexagonální struktura s nejtěsnějším uspořádáním (hcp)* c/a = 0,633 báze prostá hexagonálnímřížka Be (c/a=1,581) Zn (c/a=1,861) Mg (c/a=1,623) Cd (c/a=1,592) Ti (c/a=1,586) Zr (c/a=1,594) *hexagonal close packed

  43. Struktura diamantu fcc - dvě struktury fcc vzájemně posunuté o jednu čtvrtinu tělesové úhlopříčky báze

More Related