固體物理明燚參考書《固體物理學》——黃昆韓汝琪，高等教育出版社《Introduction

to

Solid

State

Physics》8th

Edition——

CHARLES

KITTEL,

John

Wiley《固體物理學》上冊——方俊鑫陸棟,上海科學技術出版社《Solid

State

Physics》Neil

W.Ashcroft

and

N.DavidMermin《Introduction

to

Solid-State

Theory》Otfried

Madelung《Band

Theory

and

Electronic

Properties

of

Solids》J.

Singleton,

Oxford

University

Press課程注意事項平時成績占30%，期末占70%；平時成績組成（按100分計）：作業50分；到課率50分；（注：點名+隨堂練習n次，則每次為50/n分）學習建議熟讀教材，能熟練推導書中公式；自行完成習題練習答疑時間與地點按需安排物質氣體液體和液晶固體緒論物理學是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學。是一門以實驗為基礎的自然科學，物理學的一個永恒主題是尋找各種序（Orders）、對稱性（Symmetry）和對稱破缺（Symmetry-breaking）、守恒律（Conservation

laws）或不變性（Invariance）。氣體在一定的壓強、溫度和體積下，氣體的原子或分子不能成鍵。氣體分子的排列沒有特定的順序并能充滿整個容器。液體和液晶和氣體類似，液體也不具備原子/分子的排列序，并能充滿整個容器。很容易將液體的成鍵破壞。液晶的分子可以移動，但是存在某種長程有序。分子具有固定的電偶極性，外電場的存在使得分子具有長程序。固體固體中的原子或分子在其平衡位置附近做熱振動。固體按結構可分為晶體、非晶體和準晶體。在一定的溫度、壓強和體積下，固體中的鍵強高于液體。需要更高的能量來破壞鍵。電阻隨溫度的變化曲線表明:

石墨具有金屬性,

金剛石是絕緣體和碳60（buckminster-fullerene）具有超導特性。它們都由碳原子組成！—固體物理的研究對象——

研究固體結構及其組成粒子之間相互作用與運動規律

(原子、離子、電子)以闡明其性能與用途的學科固體分類：晶體、非晶體、準晶體晶體

——

原子按一定的周期規則排列的固體(長程有序)天然的巖鹽、水晶半導體鍺、硅單晶不同的原子構成的晶體，其性質差別很大Al是良好的導電體===Al2O3是良好的絕緣體同種原子構成的晶體，其結構不同,性質也有很大差異金剛石和石墨都是由碳原子構成前者硬度很高，不能導電后者質地疏松，有良好的導電性晶體除具有各自的特性外，

不同的晶體還具有相同的性質長程有序長程有序是晶體最突出的特點。至少是在微米數量級范圍的有序排列多晶體，是由許許多多小單晶(晶粒)組成對于單晶體，在整體范圍內原子都是規則排列的;對于多晶體，在各晶粒范圍內，原子是有序排列的非晶體

——

原子的排列沒有明確的周期性玻璃、橡膠、塑料單晶單晶非晶13多晶非晶Crystal

Structure

of

CaCO3Crystal

Structureof

YBaCuOShape

of

Snow

CrystalBe2O3

Crystal and

Glass

of

Be2O3準晶體（2011年諾貝爾化學獎）——1984年Shechtman用快速冷卻方法制備的AlMn合金——電子衍射圖中具有五重對稱的斑點分布——介于晶體和非晶體之間新的狀態—準晶態理想晶體

——

內在結構完全規則的固體,又叫做完整晶體實際晶體——固體中或多或少地存在有不規則性，在規則排列的背景中尚存在微量不規則性的晶體二 固體物理的發展過程——

晶體規則的幾何形狀和對稱性與其它物理性質之間有一定聯系——

晶體外形的規則性是內部規則性的反映——

十七世紀惠更斯以橢球堆積的模型解釋方解石的雙折射性質和解理面——

十八世紀，阿羽依認為晶體由一些堅實、相同的平行六面體的小‘基石”有規則地重復堆集而成的——

十九世紀中葉，布拉伐發展了空間點陣學說概括了晶格周期性的特征——十九世紀末葉，費多洛夫，熊夫利、巴羅等獨立地發展了關于晶體微觀幾何結構的理論體系為進一步研究晶體結構的規律提供了理論依據——二十世紀初特魯德和洛倫茲建立了經典金屬自由電子論，對固體認識進入一個新的階段—— 1912年，勞厄指出晶體可以作為X射線的衍射光柵——

描述晶體比熱

杜隆－珀替定律CV

=

3NkB描述金屬導熱和導電性質的魏德曼－佛蘭茲定律sTk

p

2

k2

B

3

e

=

=2.44

·10-8W

W

K

-2

洛倫茲常數——

量子理論發展正確描述了晶體內部微觀粒子運動過程——愛因斯坦引進量子化的概念來研究晶格振動——索末菲在金屬自由電子論基礎上，發展了固體量子論——費米發展了統計理論為以后研究晶體中電子運動的過程指出了方向—— 20世紀三十年代，建立了固體能帶論和晶格動力學——固體能帶論說明了導體與絕緣體的區別，并斷定有一類固體，其導電性質介于兩者之間

半導體—— 20世紀四十年代末，以鍺、硅為代表的半導體單晶的出現并制成了晶體三極管

產生了半導體物理——1960年誕生的激光技術對固體的電光、聲光和磁光器件不斷地提出新要求三 固體物理的學科領域——

高純度的完整晶體、雜質、缺陷對金屬、半導體電介質、磁性材料以及其它固體材料性能的影響——

一般條件下金屬、半導體、電介質、磁性物質發光等材料的各種性質——

強磁場、強輻射、超高壓、極低溫等特殊條件下材料表現出的各種現象——

探索新材料和設計新器件——

發展制備材料和器件的新工藝和新理論——

固體物理學負擔著重多的理論課題——

超導理論、多體理論、非晶態理論、表面理論、光與物質相互作用等固體物理領域磁學電介質物理液固超固固固強晶體導態態體關物發體電光光聯理光物子電譜物理學子理學金半晶屬導體物體物理物理理表介納面觀米物物物理理理四 固體物理的研究方法固體物理是一門實驗性學科

——

為闡明固體表現出的現象與內在本質的聯系，建立和發展關于固體的微觀理論固體是一個復雜的客體

——

每一立方米中包含有約1029個原子、電子，而且它們之間的相互作用相當強固體的宏觀性質

——

就是大量粒子之間的相互作用和集體運動的總表現晶格振動的研究——根據晶體中原子規則排列的特點建立晶格動力學理論