《固體物理基礎(chǔ)》以固體電子論的發(fā)展為主線,把固體物理基礎(chǔ)的各知識(shí)點(diǎn)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(shí)——晶體結(jié)構(gòu);進(jìn)而導(dǎo)入能帶論、晶格振動(dòng)、固體的輸運(yùn)現(xiàn)象、晶體結(jié)合、晶體缺陷和相圖等內(nèi)容!豆腆w物理基礎(chǔ)》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(xué)推導(dǎo)簡明,體系編排科學(xué)、有效。
《固體物理基礎(chǔ)》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(duì)固體物理或凝聚態(tài)物理感興趣的人員自學(xué)。
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固體通常指在承受切應(yīng)力時(shí)具有一定程度剛性的物質(zhì),在壓強(qiáng)和溫度一定且無外力作用時(shí),它的形狀和體積保持不變。固體包括晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體。固體物理學(xué)就是研究固體的性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及其各種內(nèi)部運(yùn)動(dòng),以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)同固體的宏觀性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)科。它涉及的內(nèi)容有:晶體學(xué)物理、非晶態(tài)物理、金屬物理、半導(dǎo)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(dǎo)體物理、表面物理、納米電子學(xué)等。
固體物理學(xué)是凝聚態(tài)物理學(xué)的基礎(chǔ),凝聚態(tài)的物質(zhì)是相空間(位形空間和動(dòng)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(fù)雜流體、凝膠、聚合物等)。而固體物理基礎(chǔ)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(xué)科的建立和發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)知;晶體結(jié)合的認(rèn)知;晶格振動(dòng)和固體比熱容的認(rèn)識(shí)和發(fā)展;缺陷的認(rèn)知;固體電子論的發(fā)展;相變的研究;固體磁性;超導(dǎo)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和發(fā)展;半導(dǎo)體物理的研究以及無序系統(tǒng)和一些新的進(jìn)展等。
目錄
前言
第1章 金屬自由電子費(fèi)米氣體模型 1
1.1 自由電子費(fèi)米氣體模型及基態(tài)性質(zhì) 2
1.2 費(fèi)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(dǎo)率和熱導(dǎo)率 18
1.5 霍爾效應(yīng)和磁致電阻效應(yīng) 24
1.6 金屬的光學(xué)性質(zhì) 26
1.7 自由電子氣體模型的局限性 31
復(fù)習(xí)思考題與習(xí)題 32
第2章 晶體結(jié)構(gòu)和對(duì)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(duì)稱性和分類 55
2.4 倒格子 67
2.5 確定晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法 80
復(fù)習(xí)思考題與習(xí)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(jì)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(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng) 138
3.8 布洛赫電子在恒定電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng) 148
3.9 布洛赫電子在恒定磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng) 153
3.10 金屬的費(fèi)米面和能帶論的局限性 162
復(fù)習(xí)思考題與習(xí)題 168
第4章 晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì) 171
4.1 晶格振動(dòng)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(dòng)譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 209
4.7 非簡諧效應(yīng) 212
復(fù)習(xí)思考題與習(xí)題 218
第5章 固體的輸運(yùn)現(xiàn)象 221
5.1 玻爾茲曼方程 222
5.2 金屬的電導(dǎo)率 227
5.3 半導(dǎo)體及其電阻率 235
5.4 熱導(dǎo)率和熱電勢(shì) 241
5.5 霍爾系數(shù)和磁致電阻效應(yīng) 245
復(fù)習(xí)思考題與習(xí)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(jià)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(fù)習(xí)思考題與習(xí)題 281
附錄Ⅰ 基本物理常數(shù)(國際單位制) 283
附錄Ⅱ 化學(xué)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(xué)元素的含有量 292
主要參考文獻(xiàn) 293
在化學(xué)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?cè)貙儆诮饘,人類社?huì)很早就學(xué)會(huì)了使用金屬并被其作為人類進(jìn)步的標(biāo)志,如過去的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等,人類對(duì)金屬的使用和研究與金屬具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)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(xué)家對(duì)此進(jìn)行了深入研究,并由此推動(dòng)了固體物理學(xué)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(chǔ)的后續(xù)內(nèi)容,
大家知道模型的建立對(duì)于科學(xué)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(dāng)然,一個(gè)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?