《固體物理基礎》以固體電子論的發(fā)展為主線,把固體物理基礎的各知識點聯(lián)系在了一起。全書共分6章。首先從金屬的自由電子論這一簡單模型講起,然后以該模型的不足為引子,逐步引入為修改該模型必須具備的知識——晶體結(jié)構(gòu);進而導入能帶論、晶格振動、固體的輸運現(xiàn)象、晶體結(jié)合、晶體缺陷和相圖等內(nèi)容。《固體物理基礎》重視物理概念和模型的講解,盡量做到物理圖像清晰,數(shù)學推導簡明,體系編排科學、有效。
《固體物理基礎》適合作為高等院校理工科物理類、材料類專業(yè)本科生教材或考研參考書,可供凝聚態(tài)物理或材料專業(yè)的研究生、教師及有關(guān)人員參考,也可供對固體物理或凝聚態(tài)物理感興趣的人員自學。
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固體通常指在承受切應力時具有一定程度剛性的物質(zhì),在壓強和溫度一定且無外力作用時,它的形狀和體積保持不變。固體包括晶體、準晶體和非晶體。固體物理學就是研究固體的性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及其各種內(nèi)部運動,以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運動同固體的宏觀性質(zhì)的關(guān)系的學科。它涉及的內(nèi)容有:晶體學物理、非晶態(tài)物理、金屬物理、半導體物理、相變物理、電介質(zhì)物理、磁性物理、低溫物理、高壓物理、超導體物理、表面物理、納米電子學等。
固體物理學是凝聚態(tài)物理學的基礎,凝聚態(tài)的物質(zhì)是相空間(位形空間和動量空間)中的凝聚體,包括固體、液體以及介于其間的軟物質(zhì)(液晶、復雜流體、凝膠、聚合物等)。而固體物理基礎主要研究晶態(tài)物質(zhì),探討具有周期結(jié)構(gòu)特征的晶態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。
固體物理學科的建立和發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個方面:晶體結(jié)構(gòu)的認知;晶體結(jié)合的認知;晶格振動和固體比熱容的認識和發(fā)展;缺陷的認知;固體電子論的發(fā)展;相變的研究;固體磁性;超導現(xiàn)象的認識和發(fā)展;半導體物理的研究以及無序系統(tǒng)和一些新的進展等。
目錄
前言
第1章 金屬自由電子費米氣體模型 1
1.1 自由電子費米氣體模型及基態(tài)性質(zhì) 2
1.2 費米分布和自由電子氣體的熱性質(zhì) 10
1.3 自由電子的順磁磁化率 16
1.4 金屬的電導率和熱導率 18
1.5 霍爾效應和磁致電阻效應 24
1.6 金屬的光學性質(zhì) 26
1.7 自由電子氣體模型的局限性 31
復習思考題與習題 32
第2章 晶體結(jié)構(gòu)和對稱性 35
2.1 晶體的宏觀特性 36
2.2 晶格的特征與周期性 37
2.3 晶體的對稱性和分類 55
2.4 倒格子 67
2.5 確定晶體結(jié)構(gòu)的實驗方法 80
復習思考題與習題 92
第3章 固體能帶論 95
3.1 布洛赫定理、布洛赫波及能帶 97
3.2 近自由電子近似 106
3.3 緊束縛近似 115
3.4 能帶結(jié)構(gòu)的其他計算方法 124
3.5 能帶結(jié)構(gòu)的圖示和空晶格模型 131
3.6 能態(tài)密度 134
3.7 布洛赫電子的準經(jīng)典運動 138
3.8 布洛赫電子在恒定電場作用下的運動 148
3.9 布洛赫電子在恒定磁場作用下的運動 153
3.10 金屬的費米面和能帶論的局限性 162
復習思考題與習題 168
第4章 晶格振動和晶體的熱學性質(zhì) 171
4.1 晶格振動的經(jīng)典處理 173
4.2 長波近似 185
4.3 簡諧晶體的量子理論 191
4.4 晶格比熱 200
4.5 聲子態(tài)密度 207
4.6 晶格振動譜的實驗測定 209
4.7 非簡諧效應 212
復習思考題與習題 218
第5章 固體的輸運現(xiàn)象 221
5.1 玻爾茲曼方程 222
5.2 金屬的電導率 227
5.3 半導體及其電阻率 235
5.4 熱導率和熱電勢 241
5.5 霍爾系數(shù)和磁致電阻效應 245
復習思考題與習題 252
第6章 晶體的結(jié)合、晶體缺陷和相圖 253
6.1 固體中原子鍵合的一般性質(zhì) 253
6.2 共價晶體 257
6.3 離子晶體 258
6.4 金屬鍵、金屬與合金 264
6.5 分子晶體及氫鍵晶體 266
6.6 晶體缺陷 268
6.7 相圖簡介 276
復習思考題與習題 281
附錄Ⅰ 基本物理常數(shù)(國際單位制) 283
附錄Ⅱ 化學元素的基本參數(shù)表 284
附錄Ⅲ 原子的電子配置表 288
附錄Ⅳ 原子核素(同位素與同位核)表 291
附錄Ⅴ 地球上化學元素的含有量 292
主要參考文獻 293
在化學元素周期表中,我們可以看到在通常狀態(tài)下,金屬元素約有75種之多,在自然界中,大約有2/3以上的固態(tài)純元素屬于金屬,人類社會很早就學會了使用金屬并被其作為人類進步的標志,如過去的銅器時代、鐵器時代等,人類對金屬的使用和研究與金屬具有良好的導電、導熱、易加工及特殊的金屬光澤等自然屬性是分不開的,那么金屬為什么具有這些優(yōu)越的自然屬性呢?為了回答這一問題,大批的科學家對此進行了深入研究,并由此推動了固體物理學的誕生、發(fā)展和壯大,所以本書將從最簡單的金屬自由電子氣體模型出發(fā),來演繹固體物理基礎的后續(xù)內(nèi)容,
大家知道模型的建立對于科學研究是非常重要的,金屬自由電子氣體模型也是為了解釋金屬的自然屬性而建立起來的,當然,一個合理的模型不是憑空產(chǎn)生的,那么金屬自由電子氣體模型是如何建立和發(fā)展的呢?