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固體物理 版權(quán)信息
- ISBN：9787568085793
- 條形碼：9787568085793 ; 978-7-5680-8579-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
固體物理 本書特色
本教材力求對傳統(tǒng)的固體物理內(nèi)容，做到通俗易懂、圖像清晰和內(nèi)容融會貫通，同時適當介紹前沿性的研究進展和從事相關(guān)研究所需的理論基礎(chǔ)，以達到“夯實基礎(chǔ)、拔高培養(yǎng)和引領(lǐng)前沿”的目的。 本書可作為高等院校物理及相關(guān)專業(yè)本科和研究生課程貫通的固體物理教材，書中內(nèi)容的適當選用也可作為本科生和研究生的固體物理教材。
固體物理 內(nèi)容簡介
本書是基于物理類本科和研究生課程的貫通而編寫的教材。從固體的原子論、電子論和專題三方面闡述固體物理的理論框架和內(nèi)容。首先從固體中原子的角度，介紹固體中的原子凝聚、晶體結(jié)構(gòu)以及晶格振動等固體原子論內(nèi)容；然后從固體中（價）電子的角度，介紹金屬電子論、固體能帶論、能帶計算等固體電子論方面的內(nèi)容；*后介紹固體的介電性、半導體性、磁性和超導電性等專題。本教材力求對傳統(tǒng)的固體物理內(nèi)容，做到通俗易懂、圖像清晰和內(nèi)容融會貫通，同時適當介紹前沿性的研究進展和從事相關(guān)研究所需的理論基礎(chǔ)，以達到“夯實基礎(chǔ)、拔高培養(yǎng)和引領(lǐng)前沿”的目的。本書可作為高等院校物理及相關(guān)專業(yè)本科和研究生課程貫通的固體物理教材，書中內(nèi)容的適當選用也可作為本科生和研究生的固體物理教材。
固體物理 目錄
第1章原子的凝聚1
1.1原子結(jié)構(gòu)1
1.2原子電負性6
1.3原子間相互作用及結(jié)合力的一般性質(zhì)9
1.4金屬鍵結(jié)合12
1.5離子鍵結(jié)合14
1.5.1離子鍵結(jié)合的特點14
1.5.2離子固體的相互作用能15
1.5.3平衡時相鄰離子間距、體彈性模量和結(jié)合能17
1.6共價鍵結(jié)合18
1.6.1共價鍵18
*1.6.2共價鍵理論基礎(chǔ)19
1.6.3共價鍵的飽和性和方向性24
1.7氫鍵結(jié)合25
1.8范德瓦斯鍵結(jié)合26
1.8.1范德瓦斯鍵結(jié)合的特點26
1.8.2分子固體的相互作用能28
1.8.3平衡時相鄰分子間的間距、體彈性模量和結(jié)合能29
1.9軌道雜化30
1.9.1軌道雜化概念30
*1.9.2雜化軌道的理論基礎(chǔ)32
*1.9.3典型等性雜化的雜化態(tài)波函數(shù)及其雜化軌道構(gòu)型34
*1.10典型碳同素異構(gòu)體中碳原子間的結(jié)合及其性能39
1.10.1金剛石（diamond）39
1.10.2石墨（graphite）40
1.10.3富勒烯（fullerene）42
1.10.4碳納米管（carbonnanotubes）45
1.10.5石墨烯（graphene）47
思考與習題49
第2章晶體結(jié)構(gòu)及其周期性描述51
2.1晶體特征51
2.1.1晶體的宏觀特征51
2.1.2晶體的微觀特征53
2.1.3晶體、非晶體和準晶體55
2.1.4原子球堆積模型56
2.2典型的晶體結(jié)構(gòu)57
2.2.1單原子晶體58
2.2.2化合物晶體65
2.3空間點陣71
2.4晶體的平移對稱性及其描述74
2.4.1晶格周期性與平移對稱性74
2.4.2固體物理學原胞75
2.4.3結(jié)晶學原胞77
2.4.4WS原胞80
2.4.5格矢81
2.4.6晶體物理性質(zhì)的平移對稱性83
2.5晶列、晶面及其表示84
2.5.1晶列及其表示84
2.5.2晶面及其表示87
2.6晶體宏觀對稱性及其對稱操作91
2.6.1正交變換91
2.6.2晶體的旋轉(zhuǎn)對稱性93
2.6.3晶體的基本對稱操作95
*2.6.4晶體的點對稱操作群98
*2.6.5晶體的空間對稱操作群（簡稱空間群）99
2.7七大晶系和14種布喇菲點陣100
2.7.1七大晶系100
2.7.214種布喇菲點陣104
*2.8鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及相關(guān)的物理性質(zhì)107
2.8.1鈣鈦礦及其衍生結(jié)構(gòu)107
2.8.2晶體場效應(yīng)109
2.8.3楊—特勒（JahnTeller）效應(yīng)110
2.8.4自旋—軌道耦合效應(yīng)111
思考與習題112
第3章倒易點陣及其周期性115
3.1正點陣及其數(shù)學表述115
3.2倒易點陣及其數(shù)學表述116
3.2.1倒格子空間的基矢117
3.2.2倒易點陣的數(shù)學表述120
3.3倒易點陣的性質(zhì)121
3.3.1倒格子與正格子間的關(guān)系121
3.3.2晶面與倒易點陣123
3.3.3倒易點陣的對稱性125
3.3.4晶體物理性質(zhì)的傅里葉級數(shù)展開126
3.4布里淵區(qū)127
3.4．1倒易點陣周期性描述127
3.4.2布里淵區(qū)劃分的理論依據(jù)及方法128
3.4.3一維、二維和三維晶格的布里淵區(qū)130
思考與習題136
第4章晶體衍射137
4.1晶體衍射的幾個標志性工作137
4.2勞厄衍射方程139
4.2.1正格子空間的勞厄衍射方程139
4.2.2勞厄衍射方程倒格子空間的表述141
4.3布拉格衍射方程142
4.3.1布拉格衍射方程正格子空間中的表述142
4.3.2布拉格衍射方程倒格子空間中的表述143
4.4衍射加強條件的布里淵表述144
4.5原子散射因子和幾何結(jié)構(gòu)因子147
4.5.1原子散射因子147
4.5.2幾何結(jié)構(gòu)因子148
4.5.3典型晶體結(jié)構(gòu)衍射峰消失的條件150
*4.6固體X射線衍射分析簡介151
4.6.1XRD實驗原理151
4.6.2XRD分析154
4.6.3XRD的Rietveld法精修和實例157
思考與習題159
第5章原子振動及晶格動力學161
5.1原子振動161
5.2一維單原子晶體的晶格振動164
5.2.1運動方程及其嘗試解164
5.2.2格波165
5.2.3色散關(guān)系166
5.2.4長波和短波極限168
5.2.5玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值170
5.3一維多原子晶體的晶格振動172
5.3.1運動方程及其嘗試解172
5.3.2色散關(guān)系173
5.3.3聲學波與光學波174
5.3.4雙原子鏈玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值177
5.3.5推論179
5.4三維多原子晶體的晶格振動180
5.4.1三維晶體晶格振動的規(guī)律和結(jié)論180
*5.4.2三維晶體晶格振動的理論處理簡介181
5.5晶格振動的量子理論183
5.5.1描述簡諧振動的哈密頓算符184
5.5.2表象變換184
5.5.3狀態(tài)表象中的哈密頓算符表示187
5.5.4格波的能量189
5.5.5推廣到更一般情況190
5.6聲子190
5.6.1聲子的概念190
5.6.2聲子的性質(zhì)191
5.6.3聲子譜193
*5.6.4聲子譜的測量原理和方法196
5.7晶格振動比熱理論197
5.7.1比熱研究的意義197
5.7.2愛因斯坦模型198
5.7.3德拜模型200
5.7.4晶格比熱量子理論204
5.8非諧效應(yīng)207
5.8.1非諧效應(yīng)及其理論處理思路207
5.8.2狀態(tài)方程210
5.8.3非諧效應(yīng)對非平衡態(tài)性質(zhì)的影響212
思考與習題215
第6章金屬電子論218
6.1金屬自由電子氣218
6.1.1特魯特模型218
6.1.2索末菲模型220
6.1.3自由電子氣量子理論221
6.2金屬自由電子氣基態(tài)的量子理論222
6.2.1單電子本征態(tài)和本征能量222
6.2.2狀態(tài)密度和能態(tài)密度224
6.2.3自由電子氣的基態(tài)及費米面226
6.2.4與自由電子氣基態(tài)相關(guān)的物理量227
6.3金屬自由電子氣激發(fā)態(tài)的量子理論229
6.3.1費米—狄拉克統(tǒng)計229
6.3.2激發(fā)態(tài)時量子態(tài)上的電子占據(jù)230
6.3.3激發(fā)態(tài)時的費米能231
6.3.4激發(fā)態(tài)時的總能量233
6.4電子比熱234
6.5泡利順磁性238
6.6電子發(fā)射242
6.6.1電子發(fā)射效應(yīng)242
6.6.2電子熱發(fā)射效應(yīng)的理論分析244
6.7電子輸運246
6.7.1自由電子氣的電子輸運理論246
6.7.2電場作用下金屬的輸運性質(zhì)248
6.7.3霍爾效應(yīng)和磁電阻效應(yīng)250
6.7.4熱輸運性質(zhì)252
6.8金屬自由電子氣模型或理論的局限性255
思考與習題256
第7章固體能帶論257
7.1原子的能級和固體的能帶257
7.2固體能帶的理論基礎(chǔ)259
7.2.1哈密頓算符259
7.2.2絕熱近似260
7.2.3平均場近似261
7.2.4周期性勢場262
7.3布洛赫定理263
7.3.1平移操作算符及其性質(zhì)263
7.3.2單電子哈密頓算符及其性質(zhì)266
7.3.3布洛赫定理267
7.3.4矢量的物理意義及其取值269
7.4固體能帶的普遍規(guī)律270
7.4.1能帶結(jié)構(gòu)270
7.4.2能帶函數(shù)的對稱性273
7.5近自由電子近似274
7.5.1近自由電子近似及其理論處理思路275
7.5.2布洛赫波遠離布里淵區(qū)邊界的情況276
7.5.3布洛赫波接近布里淵區(qū)邊界的情況278
7.5.4結(jié)果討論279
7.6布洛赫電子的平均速度和有效質(zhì)量283
7.6.1布洛赫電子的平均速度283
7.6.2布洛赫電子的有效質(zhì)量286
7.7金屬、半金屬、半導體及絕緣體的能帶論的解釋288
7.7.1固體導電性的能帶理論的解釋288
7.7.2物質(zhì)導電性的判斷原則289
7.7.3金屬、半金屬、半導體及絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特征292
7.7.4空穴294
7.8能態(tài)密度和費米面295
7.8.1等能面和能態(tài)密度295
7.8.2固體費米面298
7.8.3近自由電子近似下的金屬費米面298
*7.9費米面實驗測定的理論基礎(chǔ)301
7.9.1磁場下電子的回旋運動302
7.9.2磁場下電子狀態(tài)的量子力學處理303
7.9.3朗道能級和朗道環(huán)304
7.9.4金屬中的電子307
7.9.5沿朗道環(huán)的電子回旋運動及其共振吸收307
7.9.6量子振蕩效應(yīng)309
思考與習題311
第8章固體能帶計算313
8.1基于布洛赫理論的能帶計算313
8.1.1基于布洛赫理論的能帶計算的基本思路313
*8.1.2基于布洛赫理論的能帶計算的典型方法簡介314
8.2能帶計算的平面波方法318
8.2.1平面波方法318
8.2.2基于平面波方法的金屬能帶分析321
8.3能帶計算的緊束縛方法328
8.3.1緊束縛方法中的電子嘗試波函數(shù)及其性質(zhì)328
8.3.2電子能量和能帶333
8.3.3實際晶體的能帶分析335
8.3.4電子有效質(zhì)量340
*8.4單電子近似的理論基礎(chǔ)及密度泛函理論342
8.4.1哈特里近似342
8.4.2哈特里—福克近似345
8.4.3密度泛函理論及局域密度近似348
思考與習題354
第9章固體電子輸運理論356
9.1布洛赫電子運動的半經(jīng)典模型356
9.2玻爾茲曼方程357
9.3外場和碰撞作用359
9.3.1溫度梯度效應(yīng)359
9.3.2外加電場效應(yīng)360
9.3.3外加磁場效應(yīng)360
9.3.4碰撞效應(yīng)361
9.3.5溫度梯度、電場、磁場和碰撞同時存在361
9.4電子—聲子相互作用及弛豫時間362
9.4.1電子—聲子相互作用362
9.4.2弛豫時間364
9.5外加電場下的輸運性質(zhì)365
9.5.1電流密度365
9.5.2固體電導率367
9.5.3馬西森規(guī)則369
9.5.4聲子散射引起的電阻率與溫度的關(guān)系371
9.6磁場下的輸運性質(zhì)373
9.6.1電場和磁場同時存在時的方程及其解373
9.6.2霍爾效應(yīng)375
9.6.3磁電阻效應(yīng)375
9.7熱輸運性質(zhì)379
9.7.1描述熱電效應(yīng)的基本方程379
9.7.2金屬的熱導率382
9.7.3熱電勢384
思考與習題386
第10章固體的介電性387
10.1固體對外加電場響應(yīng)的理論基礎(chǔ)387
10.2局域場理論391
10.3固體電極化的微觀機理393
10.3.1電子云位移極化394
10.3.2離子位移極化395
10.3.3固有電偶極矩的轉(zhuǎn)向極化396
10.3.4極性分子晶體中的電極化機制398
10.4交變電場下的介電響應(yīng)398
10.4.1介電常數(shù)398
10.4.2介電損耗402
10.4.3德拜弛豫403
10.4.4阻抗頻譜及其等效電路分析406
10.5固體的鐵電性407
10.5.1鐵電體407
10.5.2鐵電體的一般性質(zhì)408
10.5.3與鐵電性相關(guān)的典型物理效應(yīng)410
思考與習題411
第11章半導體電子論基礎(chǔ)412
11.1半導體的種類412
11.1.1元素半導體與化合物半導體412
11.1.2本征半導體與非本征半導體413
11.1.3晶態(tài)半導體與非晶態(tài)半導體414
11.2本征半導體的能帶結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)414
11.2.1能帶結(jié)構(gòu)414
11.2.2本征光吸收和光發(fā)射416
11.2.3本征半導體的載流子濃度418
11.2.4本征半導體的電導率420
11.2.5本征半導體的帶隙421
11.3非本征半導體及其性質(zhì)423
11.3.1非本征半導體能帶結(jié)構(gòu)特征及其載流子類型424
11.3.2非本征半導體中的載流子濃度429
11.3.3摻雜半導體的費米能級432
11.3.4載流子濃度和電導率隨溫度的變化特征434
11.4非平衡載流子436
11.4.1平衡載流子和非平衡載流子436
11.4.2非平衡載流子的復合和壽命437
11.4.3非平衡載流子的擴散439
11.5PN結(jié)440
11.5.1PN結(jié)形成過程與機理440
11.5.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦约捌湮锢砥鹨?43
11.6“金屬/絕緣層/半導體”型異質(zhì)結(jié)446
11.6.1MOS型異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)446
11.6.2外加電場下MOS異質(zhì)結(jié)中的半導體表面效應(yīng)446
11.6.3MOS反型層448
11.6.4MOS晶體管449
思考與習題450
第12章固體磁性452
12.1原子（離子）磁性452
12.1.1原子磁矩452
12.1.2洪德規(guī)則及原子（離子）磁矩456
12.2固體磁性的分類459
12.2.1固體的磁化率460
12.2.2固體磁性的分類461
12.3固體的抗磁性464
12.4固體的順磁性465
12.4.1簡單金屬中的泡利順磁性466
12.4.2含未滿d或f殼層電子的固體中的居里順磁性466
12.4.3磁場下誘導的范弗萊克順磁性472
12.5固體的鐵磁性474
12.5.1鐵磁體實驗特征474
12.5.2外斯分子場理論477
12.6固體的反鐵磁性484
12.6.1反鐵磁體實驗特征484
12.6.2反鐵磁性的奈爾理論487
12.7固體中磁矩間的交換作用490
12.7.1磁偶極相互作用490
*12.7.2自旋交換的量子理論491
12.7.3直接交換494
12.7.4超交換495
12.7.5雙交換496
12.7.6RKKY交換499
12.7.7D—M交換501
12.8自旋波502
12.8.1分子場理論預言的低溫磁化502
12.8.2自旋波及其色散關(guān)系502
12.8.3自旋波量子化505
12.8.4布洛赫T3/2規(guī)律505
12.9自旋玻璃506
12.9.1自旋受挫507
12.9.2自旋無序508
12.9.3自旋玻璃介紹510
12.9.4自旋玻璃與其他磁體的本質(zhì)區(qū)別511
12.9.5如何從實驗上判斷自旋玻璃513
思考與習題514
第13章超導體及其超導電性515
13.1超導現(xiàn)象516
13.1.1理想導體低溫下的電阻516
13.1.2超導體的零電阻517
13.1.3超導態(tài)電阻上限517
13.1.4邁斯納效應(yīng)518
13.1.5超導體的種類521
13.2超導相變及其熱力學性質(zhì)522
13.2.1磁場下的超導轉(zhuǎn)變522
13.2.2超導體的熱力學性質(zhì)523
13.2.3超導相變的特征527
13.3超導電性的倫敦唯象理論528
13.3.1二流體模型528
13.3.2倫敦唯象理論530
13.3.3倫敦唯象理論預言的抗磁性531
13.4金茲堡—朗道理論533
13.4.1G—L理論的理論基礎(chǔ)533
13.4.2超導序參量均勻分布下的G—L理論534
13.4.3一般情況下的G—L理論535
13.4.4穿透深度和相干長度536
13.4.5GL參數(shù)537
13.5兩類超導體538
13.5.1界面能538
13.5.2Ⅰ類和Ⅱ類超導體540
13.5.3Ⅱ類超導體的性質(zhì)541
13.6超導電性的微觀機理及BCS理論簡介543
13.6.1從早期實驗或理論分析中獲得的信息544
13.6.2電子間吸引力的根源545
13.6.3庫珀對546
13.6.4BCS理論簡介548
13.7單電子隧穿效應(yīng)550
13.7.1“N—I—N”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)550
13.7.2“N—I—S”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)551
13.7.3“S—I—S”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)552
13.7.4“S1—I—S2”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)553
13.8Josephson效應(yīng)555
13.8.1庫珀對有效波函數(shù)和約瑟夫森結(jié)556
13.8.2Josephson方程557
13.8.3直流約瑟夫森效應(yīng)558
13.8.4直流偏壓下的交流約瑟夫森效應(yīng)559
13.8.5微波感應(yīng)的臺階效應(yīng)560
13.9宏觀量子化效應(yīng)562
13.9.1磁通量子化562
13.9.2超導量子衍射564
13.9.3超導量子干涉566
思考與習題567
主要參考資料568
1.1原子結(jié)構(gòu)1
1.2原子電負性6
1.3原子間相互作用及結(jié)合力的一般性質(zhì)9
1.4金屬鍵結(jié)合12
1.5離子鍵結(jié)合14
1.5.1離子鍵結(jié)合的特點14
1.5.2離子固體的相互作用能15
1.5.3平衡時相鄰離子間距、體彈性模量和結(jié)合能17
1.6共價鍵結(jié)合18
1.6.1共價鍵18
*1.6.2共價鍵理論基礎(chǔ)19
1.6.3共價鍵的飽和性和方向性24
1.7氫鍵結(jié)合25
1.8范德瓦斯鍵結(jié)合26
1.8.1范德瓦斯鍵結(jié)合的特點26
1.8.2分子固體的相互作用能28
1.8.3平衡時相鄰分子間的間距、體彈性模量和結(jié)合能29
1.9軌道雜化30
1.9.1軌道雜化概念30
*1.9.2雜化軌道的理論基礎(chǔ)32
*1.9.3典型等性雜化的雜化態(tài)波函數(shù)及其雜化軌道構(gòu)型34
*1.10典型碳同素異構(gòu)體中碳原子間的結(jié)合及其性能39
1.10.1金剛石（diamond）39
1.10.2石墨（graphite）40
1.10.3富勒烯（fullerene）42
1.10.4碳納米管（carbonnanotubes）45
1.10.5石墨烯（graphene）47
思考與習題49
第2章晶體結(jié)構(gòu)及其周期性描述51
2.1晶體特征51
2.1.1晶體的宏觀特征51
2.1.2晶體的微觀特征53
2.1.3晶體、非晶體和準晶體55
2.1.4原子球堆積模型56
2.2典型的晶體結(jié)構(gòu)57
2.2.1單原子晶體58
2.2.2化合物晶體65
2.3空間點陣71
2.4晶體的平移對稱性及其描述74
2.4.1晶格周期性與平移對稱性74
2.4.2固體物理學原胞75
2.4.3結(jié)晶學原胞77
2.4.4WS原胞80
2.4.5格矢81
2.4.6晶體物理性質(zhì)的平移對稱性83
2.5晶列、晶面及其表示84
2.5.1晶列及其表示84
2.5.2晶面及其表示87
2.6晶體宏觀對稱性及其對稱操作91
2.6.1正交變換91
2.6.2晶體的旋轉(zhuǎn)對稱性93
2.6.3晶體的基本對稱操作95
*2.6.4晶體的點對稱操作群98
*2.6.5晶體的空間對稱操作群（簡稱空間群）99
2.7七大晶系和14種布喇菲點陣100
2.7.1七大晶系100
2.7.214種布喇菲點陣104
*2.8鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及相關(guān)的物理性質(zhì)107
2.8.1鈣鈦礦及其衍生結(jié)構(gòu)107
2.8.2晶體場效應(yīng)109
2.8.3楊—特勒（JahnTeller）效應(yīng)110
2.8.4自旋—軌道耦合效應(yīng)111
思考與習題112
第3章倒易點陣及其周期性115
3.1正點陣及其數(shù)學表述115
3.2倒易點陣及其數(shù)學表述116
3.2.1倒格子空間的基矢117
3.2.2倒易點陣的數(shù)學表述120
3.3倒易點陣的性質(zhì)121
3.3.1倒格子與正格子間的關(guān)系121
3.3.2晶面與倒易點陣123
3.3.3倒易點陣的對稱性125
3.3.4晶體物理性質(zhì)的傅里葉級數(shù)展開126
3.4布里淵區(qū)127
3.4．1倒易點陣周期性描述127
3.4.2布里淵區(qū)劃分的理論依據(jù)及方法128
3.4.3一維、二維和三維晶格的布里淵區(qū)130
思考與習題136
第4章晶體衍射137
4.1晶體衍射的幾個標志性工作137
4.2勞厄衍射方程139
4.2.1正格子空間的勞厄衍射方程139
4.2.2勞厄衍射方程倒格子空間的表述141
4.3布拉格衍射方程142
4.3.1布拉格衍射方程正格子空間中的表述142
4.3.2布拉格衍射方程倒格子空間中的表述143
4.4衍射加強條件的布里淵表述144
4.5原子散射因子和幾何結(jié)構(gòu)因子147
4.5.1原子散射因子147
4.5.2幾何結(jié)構(gòu)因子148
4.5.3典型晶體結(jié)構(gòu)衍射峰消失的條件150
*4.6固體X射線衍射分析簡介151
4.6.1XRD實驗原理151
4.6.2XRD分析154
4.6.3XRD的Rietveld法精修和實例157
思考與習題159
第5章原子振動及晶格動力學161
5.1原子振動161
5.2一維單原子晶體的晶格振動164
5.2.1運動方程及其嘗試解164
5.2.2格波165
5.2.3色散關(guān)系166
5.2.4長波和短波極限168
5.2.5玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值170
5.3一維多原子晶體的晶格振動172
5.3.1運動方程及其嘗試解172
5.3.2色散關(guān)系173
5.3.3聲學波與光學波174
5.3.4雙原子鏈玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值177
5.3.5推論179
5.4三維多原子晶體的晶格振動180
5.4.1三維晶體晶格振動的規(guī)律和結(jié)論180
*5.4.2三維晶體晶格振動的理論處理簡介181
5.5晶格振動的量子理論183
5.5.1描述簡諧振動的哈密頓算符184
5.5.2表象變換184
5.5.3狀態(tài)表象中的哈密頓算符表示187
5.5.4格波的能量189
5.5.5推廣到更一般情況190
5.6聲子190
5.6.1聲子的概念190
5.6.2聲子的性質(zhì)191
5.6.3聲子譜193
*5.6.4聲子譜的測量原理和方法196
5.7晶格振動比熱理論197
5.7.1比熱研究的意義197
5.7.2愛因斯坦模型198
5.7.3德拜模型200
5.7.4晶格比熱量子理論204
5.8非諧效應(yīng)207
5.8.1非諧效應(yīng)及其理論處理思路207
5.8.2狀態(tài)方程210
5.8.3非諧效應(yīng)對非平衡態(tài)性質(zhì)的影響212
思考與習題215
第6章金屬電子論218
6.1金屬自由電子氣218
6.1.1特魯特模型218
6.1.2索末菲模型220
6.1.3自由電子氣量子理論221
6.2金屬自由電子氣基態(tài)的量子理論222
6.2.1單電子本征態(tài)和本征能量222
6.2.2狀態(tài)密度和能態(tài)密度224
6.2.3自由電子氣的基態(tài)及費米面226
6.2.4與自由電子氣基態(tài)相關(guān)的物理量227
6.3金屬自由電子氣激發(fā)態(tài)的量子理論229
6.3.1費米—狄拉克統(tǒng)計229
6.3.2激發(fā)態(tài)時量子態(tài)上的電子占據(jù)230
6.3.3激發(fā)態(tài)時的費米能231
6.3.4激發(fā)態(tài)時的總能量233
6.4電子比熱234
6.5泡利順磁性238
6.6電子發(fā)射242
6.6.1電子發(fā)射效應(yīng)242
6.6.2電子熱發(fā)射效應(yīng)的理論分析244
6.7電子輸運246
6.7.1自由電子氣的電子輸運理論246
6.7.2電場作用下金屬的輸運性質(zhì)248
6.7.3霍爾效應(yīng)和磁電阻效應(yīng)250
6.7.4熱輸運性質(zhì)252
6.8金屬自由電子氣模型或理論的局限性255
思考與習題256
第7章固體能帶論257
7.1原子的能級和固體的能帶257
7.2固體能帶的理論基礎(chǔ)259
7.2.1哈密頓算符259
7.2.2絕熱近似260
7.2.3平均場近似261
7.2.4周期性勢場262
7.3布洛赫定理263
7.3.1平移操作算符及其性質(zhì)263
7.3.2單電子哈密頓算符及其性質(zhì)266
7.3.3布洛赫定理267
7.3.4矢量的物理意義及其取值269
7.4固體能帶的普遍規(guī)律270
7.4.1能帶結(jié)構(gòu)270
7.4.2能帶函數(shù)的對稱性273
7.5近自由電子近似274
7.5.1近自由電子近似及其理論處理思路275
7.5.2布洛赫波遠離布里淵區(qū)邊界的情況276
7.5.3布洛赫波接近布里淵區(qū)邊界的情況278
7.5.4結(jié)果討論279
7.6布洛赫電子的平均速度和有效質(zhì)量283
7.6.1布洛赫電子的平均速度283
7.6.2布洛赫電子的有效質(zhì)量286
7.7金屬、半金屬、半導體及絕緣體的能帶論的解釋288
7.7.1固體導電性的能帶理論的解釋288
7.7.2物質(zhì)導電性的判斷原則289
7.7.3金屬、半金屬、半導體及絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特征292
7.7.4空穴294
7.8能態(tài)密度和費米面295
7.8.1等能面和能態(tài)密度295
7.8.2固體費米面298
7.8.3近自由電子近似下的金屬費米面298
*7.9費米面實驗測定的理論基礎(chǔ)301
7.9.1磁場下電子的回旋運動302
7.9.2磁場下電子狀態(tài)的量子力學處理303
7.9.3朗道能級和朗道環(huán)304
7.9.4金屬中的電子307
7.9.5沿朗道環(huán)的電子回旋運動及其共振吸收307
7.9.6量子振蕩效應(yīng)309
思考與習題311
第8章固體能帶計算313
8.1基于布洛赫理論的能帶計算313
8.1.1基于布洛赫理論的能帶計算的基本思路313
*8.1.2基于布洛赫理論的能帶計算的典型方法簡介314
8.2能帶計算的平面波方法318
8.2.1平面波方法318
8.2.2基于平面波方法的金屬能帶分析321
8.3能帶計算的緊束縛方法328
8.3.1緊束縛方法中的電子嘗試波函數(shù)及其性質(zhì)328
8.3.2電子能量和能帶333
8.3.3實際晶體的能帶分析335
8.3.4電子有效質(zhì)量340
*8.4單電子近似的理論基礎(chǔ)及密度泛函理論342
8.4.1哈特里近似342
8.4.2哈特里—福克近似345
8.4.3密度泛函理論及局域密度近似348
思考與習題354
第9章固體電子輸運理論356
9.1布洛赫電子運動的半經(jīng)典模型356
9.2玻爾茲曼方程357
9.3外場和碰撞作用359
9.3.1溫度梯度效應(yīng)359
9.3.2外加電場效應(yīng)360
9.3.3外加磁場效應(yīng)360
9.3.4碰撞效應(yīng)361
9.3.5溫度梯度、電場、磁場和碰撞同時存在361
9.4電子—聲子相互作用及弛豫時間362
9.4.1電子—聲子相互作用362
9.4.2弛豫時間364
9.5外加電場下的輸運性質(zhì)365
9.5.1電流密度365
9.5.2固體電導率367
9.5.3馬西森規(guī)則369
9.5.4聲子散射引起的電阻率與溫度的關(guān)系371
9.6磁場下的輸運性質(zhì)373
9.6.1電場和磁場同時存在時的方程及其解373
9.6.2霍爾效應(yīng)375
9.6.3磁電阻效應(yīng)375
9.7熱輸運性質(zhì)379
9.7.1描述熱電效應(yīng)的基本方程379
9.7.2金屬的熱導率382
9.7.3熱電勢384
思考與習題386
第10章固體的介電性387
10.1固體對外加電場響應(yīng)的理論基礎(chǔ)387
10.2局域場理論391
10.3固體電極化的微觀機理393
10.3.1電子云位移極化394
10.3.2離子位移極化395
10.3.3固有電偶極矩的轉(zhuǎn)向極化396
10.3.4極性分子晶體中的電極化機制398
10.4交變電場下的介電響應(yīng)398
10.4.1介電常數(shù)398
10.4.2介電損耗402
10.4.3德拜弛豫403
10.4.4阻抗頻譜及其等效電路分析406
10.5固體的鐵電性407
10.5.1鐵電體407
10.5.2鐵電體的一般性質(zhì)408
10.5.3與鐵電性相關(guān)的典型物理效應(yīng)410
思考與習題411
第11章半導體電子論基礎(chǔ)412
11.1半導體的種類412
11.1.1元素半導體與化合物半導體412
11.1.2本征半導體與非本征半導體413
11.1.3晶態(tài)半導體與非晶態(tài)半導體414
11.2本征半導體的能帶結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)414
11.2.1能帶結(jié)構(gòu)414
11.2.2本征光吸收和光發(fā)射416
11.2.3本征半導體的載流子濃度418
11.2.4本征半導體的電導率420
11.2.5本征半導體的帶隙421
11.3非本征半導體及其性質(zhì)423
11.3.1非本征半導體能帶結(jié)構(gòu)特征及其載流子類型424
11.3.2非本征半導體中的載流子濃度429
11.3.3摻雜半導體的費米能級432
11.3.4載流子濃度和電導率隨溫度的變化特征434
11.4非平衡載流子436
11.4.1平衡載流子和非平衡載流子436
11.4.2非平衡載流子的復合和壽命437
11.4.3非平衡載流子的擴散439
11.5PN結(jié)440
11.5.1PN結(jié)形成過程與機理440
11.5.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦约捌湮锢砥鹨?43
11.6“金屬/絕緣層/半導體”型異質(zhì)結(jié)446
11.6.1MOS型異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)446
11.6.2外加電場下MOS異質(zhì)結(jié)中的半導體表面效應(yīng)446
11.6.3MOS反型層448
11.6.4MOS晶體管449
思考與習題450
第12章固體磁性452
12.1原子（離子）磁性452
12.1.1原子磁矩452
12.1.2洪德規(guī)則及原子（離子）磁矩456
12.2固體磁性的分類459
12.2.1固體的磁化率460
12.2.2固體磁性的分類461
12.3固體的抗磁性464
12.4固體的順磁性465
12.4.1簡單金屬中的泡利順磁性466
12.4.2含未滿d或f殼層電子的固體中的居里順磁性466
12.4.3磁場下誘導的范弗萊克順磁性472
12.5固體的鐵磁性474
12.5.1鐵磁體實驗特征474
12.5.2外斯分子場理論477
12.6固體的反鐵磁性484
12.6.1反鐵磁體實驗特征484
12.6.2反鐵磁性的奈爾理論487
12.7固體中磁矩間的交換作用490
12.7.1磁偶極相互作用490
*12.7.2自旋交換的量子理論491
12.7.3直接交換494
12.7.4超交換495
12.7.5雙交換496
12.7.6RKKY交換499
12.7.7D—M交換501
12.8自旋波502
12.8.1分子場理論預言的低溫磁化502
12.8.2自旋波及其色散關(guān)系502
12.8.3自旋波量子化505
12.8.4布洛赫T3/2規(guī)律505
12.9自旋玻璃506
12.9.1自旋受挫507
12.9.2自旋無序508
12.9.3自旋玻璃介紹510
12.9.4自旋玻璃與其他磁體的本質(zhì)區(qū)別511
12.9.5如何從實驗上判斷自旋玻璃513
思考與習題514
第13章超導體及其超導電性515
13.1超導現(xiàn)象516
13.1.1理想導體低溫下的電阻516
13.1.2超導體的零電阻517
13.1.3超導態(tài)電阻上限517
13.1.4邁斯納效應(yīng)518
13.1.5超導體的種類521
13.2超導相變及其熱力學性質(zhì)522
13.2.1磁場下的超導轉(zhuǎn)變522
13.2.2超導體的熱力學性質(zhì)523
13.2.3超導相變的特征527
13.3超導電性的倫敦唯象理論528
13.3.1二流體模型528
13.3.2倫敦唯象理論530
13.3.3倫敦唯象理論預言的抗磁性531
13.4金茲堡—朗道理論533
13.4.1G—L理論的理論基礎(chǔ)533
13.4.2超導序參量均勻分布下的G—L理論534
13.4.3一般情況下的G—L理論535
13.4.4穿透深度和相干長度536
13.4.5GL參數(shù)537
13.5兩類超導體538
13.5.1界面能538
13.5.2Ⅰ類和Ⅱ類超導體540
13.5.3Ⅱ類超導體的性質(zhì)541
13.6超導電性的微觀機理及BCS理論簡介543
13.6.1從早期實驗或理論分析中獲得的信息544
13.6.2電子間吸引力的根源545
13.6.3庫珀對546
13.6.4BCS理論簡介548
13.7單電子隧穿效應(yīng)550
13.7.1“N—I—N”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)550
13.7.2“N—I—S”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)551
13.7.3“S—I—S”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)552
13.7.4“S1—I—S2”結(jié)中的隧穿電流效應(yīng)553
13.8Josephson效應(yīng)555
13.8.1庫珀對有效波函數(shù)和約瑟夫森結(jié)556
13.8.2Josephson方程557
13.8.3直流約瑟夫森效應(yīng)558
13.8.4直流偏壓下的交流約瑟夫森效應(yīng)559
13.8.5微波感應(yīng)的臺階效應(yīng)560
13.9宏觀量子化效應(yīng)562
13.9.1磁通量子化562
13.9.2超導量子衍射564
13.9.3超導量子干涉566
思考與習題567
主要參考資料568
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固體物理 作者簡介
袁松柳，華中科技大學物理學院二級教授、博士生導師、華中卓越學者特聘教授、首屆全國高等學校固體物理研究會常務(wù)理事。主要從事高溫超導、龐磁電阻、自旋電子學、多鐵效應(yīng)、負磁化效應(yīng)等研究，先后主持國家973項目一項（課題組長）、多項國家自然科學基金項目以及教育部重大項目、跨世紀人才基金、985專項、211工程等科研項目，獲得過教育部自然科學二等獎和湖北省自然科學二等獎以及九項授權(quán)專利。在國際刊物上發(fā)表SCI論文300余篇，論文被他人多次以“袁等報道”、“袁等提出”、“根據(jù)袁等模型”等表述形式正面引用，入選2021年“中國高被引學者”榜單。培養(yǎng)了3名博士后、48名博士以及上百名碩士。主要主講本科生的“量子力學”和“固體物理”課程以及研究生的“高度固體物理”和“材料物理”課程，獲“最滿意課堂”、“立德樹人”、“三育人”、“育人伯樂”、“本科教學年度貢獻”、華中科技大學教學名師等榮譽和稱號。
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