固体物理学是现代物理学中发展迅速的一个分支。本书系统地介绍了固体物理学的基本理论、基础分析方法和固体物理学的一些最新研究进展，基本上涵盖了现代固体物理学的相关领域。
本书是首批国家级一流本科课程配套教材。本书第一部分（第1～6章）是固体物理学的基本理论和基础知识，主要包括晶体结构、晶体的结合、晶格振动和晶体的热学性质、晶体缺陷、金属电子论和能带理论；第二部分（第7～12章）为专题概述，主要介绍了固体物理学近几十年的一些重要发展，包括半导体电子论、固体的磁性、超导电性、非晶态固体、固体的光学性质、固体的介电性质等，着重介绍了半导体超晶格、巨磁阻效应、高温超导体、非晶态半导体薄膜、激光与非线性光学、微波介质、铁电与压电等。
本书注重基本概念和基础理论，强调科学性、高阶性、创新性，具有挑战度，注意把基础理论与实际问题相结合，以适应新时代高等教育的教学之需。
样章试读
目录
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前言
第一版前言
第1章 晶体结构 1
1.1 晶体的宏观特性 1
1.1.1 长程有序 1
1.1.2 自限性与解理性 1
1.1.3 晶面角守恒 1
1.1.4 各向异性 2
1.2 空间点阵 2
1.2.1 格点与基元 3
1.2.2 晶体结构的周期性 3
1.2.3 原胞与晶胞 3
1.2.4 简单格子与复式格子 3
1.3 晶格的周期性 4
1.3.1 布拉维格子的定义 4
1.3.2 一维布拉维格子 4
1.3.3 一维复式格子 5
1.3.4 三维情况的原胞 5
1.3.5 三维布拉维晶胞 6
1.4 密堆积与配位数 10
1.4.1 密堆积 10
1.4.2 密堆积结构 10
1.4.3 最大配位数 11
1.4.4 致密度 11
1.5 几种典型的晶体结构 11
1.5.1 立方晶系的布拉维晶胞 11
1.5.2 立方晶系的复式格子 12
1.5.3 六方密堆积结构 14
1.6 晶向指数与晶面指数 15
1.6.1 晶向与晶向指数 15
1.6.2 晶面与晶面指数 16
1.7 晶体的宏观对称性 17
1.7.1 晶体的对称性与对称操作 17
1.7.2 对称操作的变换关系 17
1.7.3 晶格转轴 19
1.7.4 晶体的基本对称操作 20
1.8 晶体的微观对称性 22
1.8.1 晶体的微观对称元素 22
1.8.2 空间群 24
1.9 倒格子 24
1.9.1 倒格子的概念 24
1.9.2 倒格子空间 25
1.9.3 布里渊区 27
1.10 晶体结构的实验确定 29
1.10.1 X射线衍射的基本原理 30
1.10.2 反射球 32
1.10.3 原子形状因子与几何结构因子 32
1.10.4 X射线衍射实验的基本方法 35
1.10.5 电子衍射和中子衍射 36
1.11 准晶 37
1.12 液晶 38
习题 40
第2章 晶体的结合 42
2.1 晶体的结合能 42
2.1.1 化学键 42
2.1.2 晶体结合能的一般规律 46
2.1.3 晶体结合能与晶体性质 48
2.2 离子键与离子晶体 50
2.2.1 离子对的形成与离子晶体的结构 50
2.2.2 离子晶体的结合能和性质 52
2.3 共价键与共价晶体 55
2.3.1 共价键的饱和性与方向性 55
2.3.2 共价晶体的结构 56
2.3.3 共价晶体的结合能 57
2.3.4 共价晶体的性质 58
2.4 金属键与金属晶体 58
2.4.1 金属键结合 58
2.4.2 金属的晶体结构 59
2.4.3 金属的结合能 59
2.4.4 金属晶体的性质 59
2.5 范德瓦耳斯键与分子晶体 60
2.5.1 范德瓦耳斯力 60
2.5.2 分子晶体的结构 62
2.5.3 分子晶体的结合能计算 62
2.5.4 分子晶体的性质 64
2.6 氢键与氢键晶体 64
2.7 混合键和混合键晶体 65
习题 67
第3章 晶格振动和晶体的热学性质 70
3.1 一维单原子链 70
3.1.1 运动方程 70
3.1.2 格波频率与波矢关系 71
3.1.3 晶格振动的色散关系 72
3.1.4 周期边界条件 74
3.2 一维双原子链 75
3.2.1 运动方程 75
3.2.2 两支格波的特征 76
3.2.3 声学波和光学波 77
3.3 晶格振动的量子化和声子 79
3.3.1 格波的量子理论 79
3.3.2 声子 80
3.4 晶格振动谱的实验测定方法 81
3.4.1 声子与其他粒子的相互作用 81
3.4.2 三轴中子谱仪 83
3.5 离子晶体的红外光学性质 83
3.5.1 长光学波与电磁波的耦合 83
3.5.2 离子晶体对红外光的吸收和反射 85
3.6 晶格比热 87
3.6.1 比热的量子理论 88
3.6.2 爱因斯坦模型 89
3.6.3 德拜模型 90
3.7 非谐效应与热导率 92
3.7.1 热传导的物理本质 92
3.7.2 正常过程与倒逆过程 93
3.8 晶体的热膨胀 95
3.8.1 晶体状态方程和晶体热膨胀的热力学方法 96
3.8.2 晶体热膨胀的统计物理方法 98
习题 100
第4章 晶体缺陷 102
4.1 点缺陷 102
4.1.1 热缺陷的形成与平衡浓度 102
4.1.2 热缺陷在晶体里的运动 104
4.1.3 杂质原子 105
4.1.4 色心 106
4.2 晶体中的扩散过程 107
4.2.1 扩散的宏观规律 108
4.2.2 扩散的微观机制 109
4.3 离子晶体中的点缺陷与导电性 110
4.3.1 离子晶体中的点缺陷 110
4.3.2 离子晶体中的离子性导电 111
4.4 线缺陷——位错 112
4.4.1 刃型位错 113
4.4.2 螺型位错 115
4.4.3 位错与点缺陷的相互作用 117
4.4.4 位错的应力场 118
4.5 面缺陷和体缺陷 120
4.5.1 面缺陷 120
4.5.2 体缺陷 121
习题 122
第5章 金属电子论 124
5.1 德鲁德经典电子气模型 124
5.1.1 德鲁德模型的基本假设 124
5.1.2 德鲁德模型的成功与失败 127
5.2 索末菲电子气模型 129
5.2.1 索末菲电子气模型的基本假设 129
5.2.2 单电子本征态和本征能量 130
5.2.3 能态密度 133
5.2.4 费米能级和费米面 134
5.3 自由电子气的比热 136
5.3.1 费米-狄拉克统计理论简介 136
5.3.2 化学势随温度的变化 137
5.3.3 自由电子气的比热 139
5.4 电导率和欧姆定律 141
5.4.1 金属的电导率 141
5.4.2 马西森实验定律 142
5.5 金属的热导率 143
5.6 霍尔效应和磁致电阻 144
5.6.1 霍尔效应 145
5.6.2 磁致电阻 147
5.7 功函数和接触势差 148
5.7.1 热电子发射和功函数 148
5.7.2 接触势差 150
5.7.3 电子气的输运特性 151
习题 159
第6章 能带理论 161
6.1 布洛赫定理 162
6.1.1 布洛赫定理的证明 163
6.1.2 波矢k的取值与物理意义 164
6.2 近自由电子近似 166
6.2.1 一维非简并情况 166
6.2.2 一维简并微扰情况 168
6.2.3 能带结构及图示 170
6.2.4 三维晶格的能带 172
6.3 金属费米面的构造 176
6.4 紧束缚近似 178
6.4.1 原子轨道线性组合 178
6.4.2 能带结构 179
6.5 布洛赫电子的准经典运动 183
6.5.1 波包和电子的平均速度 183
6.5.2 外场力作用下电子状态和准动量的变化 185
6.5.3 电子的平均加速度和有效质量 186
6.6 导体、半导体和绝缘体的能带论解释 189
6.6.1 满带电子不导电 190
6.6.2 未满带电子导电 190
6.6.3 导体、绝缘体和半导体 191
6.6.4 近满带和空穴 192
6.7 能带计算方法简介 193
6.7.1 平面波方法 194
6.7.2 正交化平面波方法 196
6.7.3 赝势法 197
6.7.4 缀加化平面波法 197
6.7.5 能带理论的局限性 198
习题 198
第7章 半导体电子论 201
7.1 半导体的能带结构 201
7.1.1 理想半导体能带结构 201
7.1.2 直接带隙半导体和间接带隙半导体 202
7.1.3 典型半导体的能带结构 203
7.2 半导体的杂质 205
7.2.1 n型半导体 205
7.2.2 P型半导体 206
7.2.3 深能级杂质 207
7.3 半导体载流子统计分布 208
7.3.1 半导体载流子的近似玻尔兹曼统计 208
7.3.2 EF和载流子浓度 209
7.3.3 本征半导体 210
7.3.4 杂质半导体 211
7.4 半导体的输运现象 213
7.4.1 非平衡载流子的复合 213
7.4.2 非平衡载流子的扩散 214
7.4.3 半导体的导电率和迁移率 215
7.4.4 半导体的霍尔效应 218
7.4.5 量子霍尔效应 218
7.5 pn结 219
7.5.1 pn结的能带结构 219
7.5.2 pn结的伏安特性 220
7.5.3 异质结 222
7.5.4 异质结在半导体器件中的应用 224
7.5.5 金属-半导体接触 225
7.5.6 光伏效应与太阳电池 227
7.6 半导体超晶格 229
习题 233
第8章 固体的磁性 235
8.1 原子的磁矩 235
8.1.1 原子磁矩的组成 235
8.1.2 洪德定则 240
8.2 抗磁性与顺磁性 240
8.2.1 抗磁性 240
8.2.2 顺磁性 242
8.3 金属传导电子的磁化率 245
8.3.1 泡利自旋顺磁性 246
8.3.2 朗道抗磁性 247
8.4 铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性 248
8.4.1 铁磁性 249
8.4.2 反铁磁性 250
8.4.3 亚铁磁性 251
8.5 铁磁性的分子场理论 252
8.5.1 铁磁体的自发磁化 252
8.5.2 居里-外斯定律 254
8.6 磁畴和技术磁化 255
8.6.1 磁畴结构 255
8.6.2 技术磁化 256
8.7 铁磁性的量子理论简介 257
8.7.1 海森伯铁磁交换作用模型 257
8.7.2 巡游电子模型 260
8.7.3 自旋波 263
8.8 磁性材料的应用 266
8.8.1 磁性材料的分类 266
8.8.2 磁性薄膜 267
8.8.3 磁记录材料 270
8.8.4 磁泡材料 271
8.8.5 二维磁性材料 271
习题 272
第9章 超导电性 274
9.1 超导电性的基本性质 274
9.1.1 完全导电性 274
9.1.2 完全抗磁性 275
9.2 超导电性的基本理论 276
9.2.1 唯象理论 276
9.2.2 超导体的微观机制 278
9.3 第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体 281
9.3.1 两类超导体 281
9.3.2 混合态 282
9.3.3 界面能 283
9.4 超导隧道效应 284
9.4.1 直流约瑟夫森效应 285
9.4.2 交流约瑟夫森效应 286
9.4.3 磁场对超导相位的调制作用 287
9.4.4 超导量子干涉 288
9.5 低温超导体 290
9.5.1 元素超导体 290
9.5.2 合金及化合物超导体 291
9.5.3 其他类型的超导体 292
9.6 高温超导体 295
9.6.1 寻找高临界温度超导材料之路 295
9.6.2 氧化物高温超导体的结构与性质 296
9.6.3 新型高温超导体 303
9.6.4 高温超导电性的微观机理 305
9.6.5 高温超导电性研究展望 306
习题 307
第10章 非晶态固体 308
10.1 非晶态物质 308
10.2 非晶态结构 310
10.2.1 结构分析方法 310
10.2.2 理论模型 311
10.2.3 非晶态与晶态的相互转换 314
10.3 非晶固体的电子态 317
10.3.1 安德森模型 317
10.3.2 迁移率边 320
10.3.3 非晶态固体的能带模型 321
10.3.4 非晶态固体电子态的特征 324
10.4 非晶材料的缺陷 325
10.5 非晶态半导体的电学性质 328
10.5.1 非晶态半导体的导电机理 328
10.5.2 费米能级及掺杂效应 332
10.6 非晶态固体的光学性质 333
10.6.1 非晶态固体的光吸收 333
10.6.2 非晶半导体的光电导 335
10.7 非晶态材料的制备与应用 337
10.7.1 非晶态材料的制备 337
10.7.2 非晶态材料的应用 338
习题 339
第11章 固体的光学性质 340
11.1 光学参数 340
11.1.1 光学参数与介电常数的关系 340
11.1.2 克拉默斯-克勒尼希关系 343
11.2 带间跃迁和本征光吸收 345
11.2.1 洛伦兹经典理论 345
11.2.2 量子理论 347
11.2.3 直接跃迁光吸收 349
11.2.4 间接跃迁光吸收 351
11.3 晶格光反射和光吸收 351
11.3.1 极性晶体的反射谱 352
11.3.2 晶格单声子光吸收 352
11.3.3 晶格双声子光吸收 354
11.4 拉曼散射 356
11.4.1 拉曼散射的基本原理 356
11.4.2 经典的拉曼散射理论 357
11.4.3 拉曼散射的微观模型 359
11.5 激光的原理与激光器 360
11.5.1 激光作用原理 361
11.5.2 激光器 364
11.6 非线性光学效应 368
11.6.1 非线性极化理论 368
11.6.2 非线性光学变频效应 369
11.6.3 相位匹配 373
11.6.4 非线性光学材料 373
习题 375
第12章 固体的介电性质 377
12.1 晶体的介电常数与极化率 377
12.1.1 介电常数与有效场 377
12.1.2 介电极化率 378
12.1.3 不同晶系的独立介电常数 380
12.2 极化的微观机制 381
12.2.1 位移式极化 381
12.2.2 松弛式极化 383
12.2.3 取向极化 384
12.2.4 空间电荷极化 384
12.2.5 界面极化 384
12.2.6 谐振式极化 385
12.2.7 离子跳跃极化 385
12.2.8 自发极化 385
12.3 介电损耗和介电弛豫 386
12.4 电导与击穿 390
12.4.1 离子导电的一般特点 394
12.4.2 电子导电的一般特点 396
12.4.3 击穿 399
12.5 微波介质 401
12.5.1 介质谐振器 403
12.5.2 介质谐振器的测量 405
12.6 压电性 408
12.6.1 压电效应与对称性 409
12.6.2 压电方程 410
12.6.3 压电方程组的关联关系 412
12.6.4 晶体对称性对压电常数的影响 413
12.6.5 压电材料研究进展 414
12.7 铁电性 417
12.7.1 铁电性与自发极化 417
12.7.2 电畴 419
12.7.3 铁电材料的分类 420
12.7.4 正常铁电体与弛豫铁电体 423
12.7.5 多铁材料 424
12.7.6 有机分子聚合物铁电体 428
12.7.7 铁电材料研究进展 430
12.8 热释电性 431
12.8.1 热释电体 431
12.8.2 热释电系数 433
12.8.3 电卡效应 435
12.9 电介质材料的应用 438
习题 439
参考文献 441
附录 443
京公网安备 11010102004214号