《固体物理基础》主要介绍了晶体结构、晶体的结合、晶体振动、固体电子论、固体能带论、晶体的导电性等固体物理学领域的基本内容,这些内容是进一步学习半导体物理、电介质物理、磁性材料等课程的基础。

第1章 晶体结构
1.1 晶体的宏观特性
1.2 晶体的微观结构
1.2.1 空间点阵与基元
1.2.2 初基原胞
1.2.3 惯用原胞
1.2.4 威格纳-赛兹原胞
1.3 晶体的基本类型
1.3.1 二维晶格
1.3.2 三维晶格
1.3.3 晶系
1.4 典型的晶体结构
1.4.1 氯化钠结构
1.4.2 氯化铯结构
1.4.3 金刚石结构
1.4.4 闪锌矿结构
1.4.5 密堆积结构
1.4.6 纤维锌矿结构
1.4.7 钙钛矿结构
1.4.8 方解石结构
1.4.9 黄铁矿结构
1.4.10 红镍矿和金红石结构
1.4.11 尖晶石结构
1.4.12 刚玉结构
1.4.13 石榴石结构
1.5 晶体的对称性
1.5.1 旋转对称性
1.5.2 **反演对称性
1.5.3 镜像操作
1.5.4 旋转反演操作
1.5.5 螺旋操作
1.5.6 滑移反映操作
1.6 晶面和晶面指数
1.6.1 格点指数
1.6.2 晶向指数
1.6.3 晶面指数
1.6.4 六角晶系的晶向指数和晶面指数
1.7 晶体的倒格子与布里渊区
1.7.1 倒格子基矢
1.7.2 布里渊区
1.7.3 典型晶格的倒格子与布里渊区的例子
1.8 晶体中的x光衍射
1.8.1 概述
1.8.2 衍射波的振幅与强度
1.8.3 决定散射的诸因素
1.8.4 产生衍射极大的条件
1.8.5 布拉格定律
1.8.6 劳厄方程
1.8.7 厄瓦尔德反射球
1.9 非晶态材料的结构
1.10 准晶态
1.11 群与晶体点阵的分类
1.11.1 群的概念
1.11.2 7个晶系和14种空间点阵
1.11.3 晶体结构的32种点群和230空间群
本章小结
思考题
习题
参考文献
第2章 晶体的结合
2.1 内能函数与晶体的性质
2.1.1 内能函数
2.1.2 晶体的性质
2.2 离子结合
2.2.1 离子结合的定义和特点
2.2.2 离子晶体的结合能
2.2.3 马德隆常数的计算
2.3 共价结合
2.3.1 共价结合的定义
2.3.2 共价键的特性
2.3.3 共价结合的内聚能
2.4 金属结合
2.5 范德瓦尔斯结合
2.6 氢键结合
2.7 晶体结合的规律性
本章小结
思考题
习题
参考文献
第3章 晶格振动
3.1 一维单原子晶格的振动
3.1.1 物理模型与运动方程
3.1.2 玻恩-卡曼周期性边界条件
3.1.3 关于格波的讨论
3.2 一维双原子链的晶格振动
3.2.1 模型与色散关系
3.2.2 关于声学波和光学波的讨论
3.2.3 三维晶格振动
3.2.4 格波态密度函数
3.3 晶格振动的量子化与声子
3.3.1 晶格振动与谐振子
3.3.2 能量量子和声子
3.3.3 平均声子数
3.3.4 确定声子谱的方法
3.3.5 软模
3.4 晶体的热容
3.4.1 概述
3.4.2 爱因斯坦模型
3.4.3 德拜模型
3.4.4 实验和理论的比较
3.4.5 关于德拜温度■的讨论
3.5 非简谐效应
3.5.1 简谐近似的局限
3.5.2 热膨胀
3.5.3 声子碰撞与热传导
3.5.4 N过程和U过程
3.5.5 声子热导率λ与温度的关系
3.6 无序系统中的原子振动
3.7 声子晶体
3.8 新型负热膨胀材料
本章小结
思考题
习题
参考文献
第4章 固态电子论基础
4.1 经典自由电子论
4.1.1 经典自由电子论
4.1.2 欧姆定律的解释
4.1.3 维德曼-夫兰兹定律的解释
4.1.4 经典自由电子论的缺陷
4.2 费米分布函数与费米能级
4.2.1 自由电子的能级和能态密度
4.2.2 费米分布函数
4.2.3 费米能及其相关物理量
4.3 索末菲自由电子气模型
4.3.1 索末菲自由电子气模型
4.3.2 自由电子气的热容
4.4金属的热容、电导与热导
4.4.1 金属的热容
4.4.2 金属的电导
4.4.3 金属的热导
4.5 功函数与接触电势差
4.5.1 功函数及热电子发射
4.5.2 接触电势差
4.6 经典自由电子论与伦敦方程
本章小结
思考题
习题
参考文献
第5章 固体能带论
5.1 固体中电子的共有化和能带
5.2 布洛赫定理
5.2.1 周期性势场
5.2.2 布洛赫定理
5.2.3 布洛赫定理的证明
5.2.4 布洛赫定理的一些重要推论
5.3 近自由电子模型
5.3.1 近自由电子模型
5.3.2 近自由电子的能量与波函数
5.4 紧束缚模型——原子轨道线性组合法
5.5 克龙尼克-潘纳模型
5.6 晶体中电子的准经典运动
5.6.1 布洛赫电子的速度
5.6.2 布洛赫电子的准动量
5.6.3 晶体中电子的加速度和有效质量张量
5.7 能带填充与导电性
5.7.1 满带
5.7.2 空穴
5.7.3 导体、半导体和绝缘体
5.8 实际晶体的能带
5.8.1 能带简并
5.8.2 七空间等能面
5.8.3 电子回旋共振
5.8.4 硅和锗的能带结构
5.8.5 砷化镓的能带结构
5.8.6 氮化镓和氮化铝的能带结构
5.8.7 碳化硅的能带结构
5.9 能带计算的其它方法
5.10 能带计算过程与计算软件简介
本章小结
思考题
习题
参考文献
第6章 晶体中的缺陷
6.1 点缺陷
6.1.1 几种典型的点缺陷
6.1.2 热缺陷的统计理论
6.1.3 色心
6.2 线缺陷
6.2.1 晶体的剪切强度
6.2.2 位错的基本类型
6.2.3 位错的运动
6.2.4 位错与晶体性质的关系
6.3 面缺陷
6.3.1 小角晶界
6.3.2 堆垛层错
6.4 扩散和原子的布朗运动
6.4.1 扩散的宏观规律
6.4.2 扩散的微观机制
6.4.3 扩散系数
6.5 半导体中的杂质和缺陷能级
6.5.1 施主能级和受主能级
6.5.2 缺陷能级
6.6 位错的应力场与弹性应变能
6.6.1 位错的应力场
6.6.2 位错的弹性应变能
本章小结
思考题
习题
参考文献
第7章 晶体的导电性
7.1 分布函数与玻耳兹曼方程
7.1.1 电子的分布函数
7.1.2 晶体中的电流密度
7.1.3 玻耳兹曼方程
7.2 晶体中的散射机制
7.2.1 半导体中的电子散射机制
7.2.2 金属中的电子散射机制
7.3 弛豫时间近似与金属和半导体的电导率
7.3.1 弛豫时间近似
7.3.2 金属的电导率
7.3.3 半导体的电导率
7.4 迁移率与温度的关系
7.4.1 漂移速度和迁移率
7.4.2 平均自由时间与散射概率
7.4.3 迁移率与杂质和温度的关系
7.5 电导率与温度的关系
7.5.1 金属电导率与温度的关系
7.5.2 非简并半导体的电导率与温度的关系
7.6 超导电性
7.6.1 超导态与超导体
7.6.2 超导态的基本特征
7.6.3 伦敦方程
7.6.4 BCS理论
7.7约瑟夫森效应及意义
本章小结
思考题
习题
参考文献

……

普通物质的存在形式分为气态、液态和固态。液态和固态统称为凝聚态,以区别于气态这一种组成物质的分子等微粒之间的相互作用小的存在形式。同态区别于气态和液态的特点在于,其组成粒子(可以是原子、离子、分子或它们的基团)的空间位置,在没有外力作用时,大多不会有宏观尺寸的变化,在低温下基本上处在固定的位置。根据组成粒子空间位置的区别,即物质结构上的差别,通常将固态材料分为晶体、准晶体和非晶体三大类。
晶体的结构特点是组成粒子在空间的排列具有周期性,表现为既有长程取向有序,又有平移对称性,这是一种高度长程有序的结构。
准晶体中组成粒子的排列也呈有序结构,只是不具有周期性或平移对称性,而是同时具有长程准周期平移序与晶体学不允许的长程取向序。
非晶体中组成粒子的排列没有一定的规则,原则上属于无序结构,由于近邻原子之间的相互作用,使得数个原子间距范围内在某些方面表现出一定的特征,因而可以看成具有一定的短程有序。如无特别说明,本书提到的“固体”都是指周态的晶体。
固体物理学是物理学的重要分支,主要研究固体的微观结构、运动状态、物理性质及其相互关系。近几十年来固体物理学的发展十分迅速,已形成了晶体学、晶格振动动力学、金属物理学、半导体物理学、磁学、电介质物理学、压电物理学、铁电物理学、低温物理学、表面物理学、超导物理学以及低维物理学等分支学科,而且新的分支尚在不断产生。固体物理学的概念、方法和实验技术还在向相邻的学科渗透,尤其是有力地促进了材料科学和器件物理等学科的发展,固体物理学已成为新材料、新器件的“生长点”。
……
本书注重使学生能迅速建立相关问题清晰的物理图像,不让学生迷失在过于繁杂的计算中,让学生在学习固体物理知识的过程中,逐渐体会前辈物理学家发现问题、分析问题和解决问题的思维方法和思维过程,例如在提出布洛赫电子费米气、声子气模型时使用的“类比、移植”的方法等,并在此过程中使学生“潜移默化”地逐渐体会固体物理的直觉和想象力。