Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Fyzika kondenzovaného stavu 1. přednáška. Z historie poznávání kondenzovaných látek  8. století: zmínky o krystalech soli (Japonsko)  1611: J. Kepler.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Fyzika kondenzovaného stavu 1. přednáška. Z historie poznávání kondenzovaných látek  8. století: zmínky o krystalech soli (Japonsko)  1611: J. Kepler."— Transkript prezentace:

1 Fyzika kondenzovaného stavu 1. přednáška

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  : objev supravodivosti (H. Kamerlingh-Onnes)  : 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 - E k (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  E k - 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 (T t )  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) vazba U ≥ 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 a 1, 2 – křivky tuhnutí (tání) b – křivka kapalnění c – křivka sublimace trojný bod kritický bod v – počet stupňů volnosti f – počet fází k – počet složek

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 koulí v 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 krystalová soustavaminimální symetrie triklinická (trojklonná)žádná monoklinická (jednoklonná)jedna 2četná osa podél c ortorombická (rombická, kosočtverečná) tři 2četné osy podél a, b, c tetragonální (čtverečná)jedna 4četná osa podél c kubická (izometrická) čtyři 3četné osy podél tělesových úhlopříček krychle hexagonální (šesterečná)jedna 6četná osa podél c trigonální (romboedrická, klencová) jedna 3četná osa podél hexagon. buňky

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 - Na + báze mřížka fcc NaCl (a=0,56 nm), LiH (a=0,41 nm), KCl, PbS, AgBr, MgO, MnO, KBr

41 Struktura chloridu cesného báze 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)

42 Hexagonální struktura s nejtěsnějším uspořádáním (hcp) * * hexagonal close packed c/a = 0,633 prostá hexagonální mřížka báze 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)

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


Stáhnout ppt "Fyzika kondenzovaného stavu 1. přednáška. Z historie poznávání kondenzovaných látek  8. století: zmínky o krystalech soli (Japonsko)  1611: J. Kepler."

Podobné prezentace


Reklamy Google