固體物理導論

緒論
0.1固體物理學的研究對象    001
0.2固體物理學的發(fā)展歷史    002
0.2.1晶體學的研究    002
0.2.2固體比熱理論的建立    003
0.2.3晶體結構的實驗發(fā)展    003
0.2.4自由電子理論的建立    003
0.2.5固體能帶理論的建立    003
0.2.6固體磁學的發(fā)展    004
0.3固體物理學的研究內容    004
0.3.1固體中原子的排列——結構問題    004
0.3.2固體結構的形成——結合力問題    005
0.3.3固體中原子的相互作用和運動規(guī)律——晶格動力學    005
0.3.4固體中自由電子的運動規(guī)律——金屬自由電子理論    006
0.3.5固體中電子的相互作用和運動規(guī)律——能帶理論    006
0.3.6固體中缺陷的形成與性質——缺陷問題    006
0.3.7具體實例——固體理論和實驗知識的應用    007
0.4預備知識——量子力學基礎    007
0.4.1經典物理學的困難以及光的波粒二象性    007
0.4.2微粒的波粒二象性    009
0.4.3波函數(shù)及薛定諤方程    009
第1章晶體結構及X射線衍射
1.1晶體的特征以及空間點陣    012
1.1.1晶體及其特征    012
1.1.2空間點陣    013
1.2晶體的周期性    014
1.2.1一維布拉菲晶格    014
1.2.2一維復式晶格    014
1.2.3三維布拉菲晶格    015
1.3晶體晶列與晶面的表示方法    019
1.3.1晶列與晶面    019
1.3.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)    019
1.4倒易空間和倒格子    022
1.4.1倒格子與晶格的關系    023
1.4.2倒格矢    025
1.4.3倒格子的性質    026
1.5晶體的對稱性    028
1.5.1線性變換    028
1.5.2基本的對稱操作    029
1.6晶系和布拉菲原胞的分類    032
1.7晶體的衍射    033
1.7.1概述    033
1.7.2X射線衍射    034
1.7.3電子衍射和中子衍射    034
1.8X射線衍射方程、反射公式和反射球    035
1.8.1X射線衍射方程    035
1.8.2反射公式    036
1.8.3反射球    037
1.8.4晶體衍射方法    037
1.9幾何結構因子    039
1.9.1復式晶格的衍射    039
1.9.2幾何結構因子    040
習題    042
【拓展閱讀】    043
奧古斯特·布拉菲（Auguste Bravais,1811—1863）    043
威廉·康拉德·倫琴（Wilhelm Conrad Rntgen,1845—1923）    044
威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg,1862—1942）    044
威廉·勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg,1890—1971）    044
第2章晶體的結構
2.1原子的電負性    046
2.1.1原子的電子分布    046
2.1.2原子的電離能    047
2.1.3電子親和能    047
2.1.4原子的電負性    047
2.2晶體的結合類型    048
2.2.1離子晶體    049
2.2.2原子晶體（共價晶體）    049
2.2.3金屬晶體    050
2.2.4分子晶體    051
2.2.5氫鍵晶體    051
2.3結合力的一般性質    052
2.3.1晶體內粒子之間的相互作用    052
2.3.2晶體的勢能    053
2.3.3晶體結構及性能與結合能的關系    054
2.4非極性分子晶體的結合能    055
2.4.1非極性分子晶體的原子間作用勢    055
2.4.2非極性分子晶體的勢能及有關參量    057
2.5離子晶體的結合    059
2.5.1離子晶體的結合能及性質    059
2.5.2馬德隆常數(shù)的計算    061
2.5.3離子半徑    061
2.6原子晶體的結合    063
2.6.1共價鍵的形成機理    063
2.6.2共價鍵的特征    063
習題    064
【拓展閱讀】    065
萊納斯·卡爾·鮑林（Linus Carl Pauling,1901—1994）    065
沃爾夫岡·泡利(Wolfgang E.Pauli,1900—1958)    065
第3章晶格振動和晶體的熱學性質
3.1一維原子鏈的振動    067
3.1.1一維簡單晶格的情形    067
3.1.2一維復式晶格的情形    069
3.1.3聲學波和光學波的色散關系    070
3.1.4周期性邊界條件（玻恩-卡門邊界條件）    073
3.2晶格振動的能量量子化——聲子    074
3.2.1晶格振動模式及聲子的概念    074
3.2.2聲子的性質    074
3.2.3聲子的動量    075
3.2.4聲子與微觀粒子的相互作用    075
3.3晶格振動的長波近似    076
3.3.1長聲學波    076
3.3.2長光學波    078
3.4固體的比熱    081
3.4.1經典熱容理論    081
3.4.2熱容的量子理論    082
3.4.3模式密度（態(tài)密度）的求法    083
3.4.4愛因斯坦模型    084
3.4.5德拜模型    085
3.5晶格振動聲子譜的實驗測定    088
3.5.1光子與聲子的相互作用    088
3.5.2中子與聲子的相互作用    089
3.6晶格振動的非簡諧效應    090
3.6.1非簡諧效應及其本質    090
3.6.2熱傳導與非簡諧效應    091
3.6.3熱膨脹與非簡諧效應    092
習題    093
【拓展閱讀】    094
馬克斯·玻恩（Max Born,1882—1970）    094
黃昆(1919—2005)    095
第4章金屬自由電子費米氣體
4.1金屬自由電子的物理模型    096
4.1.1經典金屬自由電子論及其局限性    096
4.1.2金屬自由電子費米氣體模型    098
4.2金屬自由電子氣體的費米參數(shù)    099
4.2.1一維自由電子費米氣體    099
4.2.2三維自由電子費米氣體    101
4.3金屬自由電子氣體的熱學性質    104
4.3.1電子能態(tài)密度    104
4.3.2電子氣體熱容的定性解釋    105
4.3.3電子氣體熱容的定量解釋    106
4.3.4金屬的實驗熱容    107
4.4電導率和歐姆定律    107
4.4.1基本理論    107
4.4.2散射機制與電阻率    109
4.5功函數(shù)和接觸勢差    109
4.5.1功函數(shù)的產生    109
4.5.2金屬間的接觸勢差    110
習題    111
【拓展閱讀】    112
亨德里克·安東·洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928）    112
阿諾德·索末菲（Arnold Sommerfeld,1868—1951）    112
第5章固體電子能理論
5.1近自由電子氣體模型和能隙的起源    114
5.2布里淵區(qū)與電子能帶結構    116
5.2.1二維簡單正方晶格的布里淵區(qū)    116
5.2.2布里淵區(qū)與能帶結構的關系    117
5.2.3立方晶格的第一布里淵區(qū)    118
5.2.4三維晶體的能帶結構圖    119
5.3布洛赫定理    121
5.4克龍尼克-潘納模型    122
5.5緊束縛近似——原子軌道線性組合法    124
5.5.1緊束縛近似模型與微擾理論計算    124
5.5.2周期場中電子運動的本征態(tài)和本征能量    126
5.5.3緊束縛近似計算的兩個簡單例子    127
5.6晶體中電子的準經典運動    129
5.6.1波包和電子速度    129
5.6.2外力作用下電子狀態(tài)的變化和準動量    130
5.6.3電子的加速度和有效質量    130
5.7恒定電場作用下電子的運動    132
5.7.1電子運動速度和有效質量    132
5.7.2恒定電場作用下電子的運動特性    133
5.8導體、絕緣體和半導體的能帶論解釋    133
5.8.1滿帶電子不導電    134
5.8.2導體和非導體的模型    134
5.8.3空穴    135
習題    136
【拓展閱讀】    137
布洛赫（Felix Bloch, 1905—1983）    137
萊昂·布里淵（Léon Nicolas Brillouin,1889—1969）    137
第6章晶體的缺陷理論
6.1晶體缺陷的基本類型    138
6.1.1點缺陷    138
6.1.2線缺陷    140
6.1.3柏氏矢量    142
6.1.4面缺陷和體缺陷    143
6.2點缺陷的性質    146
6.2.1缺陷運動與統(tǒng)計平衡    146
6.2.2缺陷的擴散    148
6.2.3離子晶體中的點缺陷擴散    152
6.3局域態(tài)    154
6.3.1局域振動    154
6.3.2色心    155
6.3.3雜質能級    157
習題    159
【拓展閱讀】    160
華特·肖特基（Walter Hermann Schottky,1886—1976）    160
馮端（1923—2020）    161
參考文獻