固體物理導(dǎo)論

緒論
0.1固體物理學(xué)的研究對(duì)象    001
0.2固體物理學(xué)的發(fā)展歷史    002
0.2.1晶體學(xué)的研究    002
0.2.2固體比熱理論的建立    003
0.2.3晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)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(xué)的發(fā)展    004
0.3固體物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容    004
0.3.1固體中原子的排列——結(jié)構(gòu)問(wèn)題    004
0.3.2固體結(jié)構(gòu)的形成——結(jié)合力問(wèn)題    005
0.3.3固體中原子的相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律——晶格動(dòng)力學(xué)    005
0.3.4固體中自由電子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律——能帶理論    006
0.3.6固體中缺陷的形成與性質(zhì)——缺陷問(wèn)題    006
0.3.7具體實(shí)例——固體理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的應(yīng)用    007
0.4預(yù)備知識(shí)——量子力學(xué)基礎(chǔ)    007
0.4.1經(jīng)典物理學(xué)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(jié)構(gòu)及X射線衍射
1.1晶體的特征以及空間點(diǎn)陣    012
1.1.1晶體及其特征    012
1.1.2空間點(diǎn)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(fù)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(guān)系    023
1.4.2倒格矢    025
1.4.3倒格子的性質(zhì)    026
1.5晶體的對(duì)稱(chēng)性    028
1.5.1線性變換    028
1.5.2基本的對(duì)稱(chēng)操作    029
1.6晶系和布拉菲原胞的分類(lèi)    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(jié)構(gòu)因子    039
1.9.1復(fù)式晶格的衍射    039
1.9.2幾何結(jié)構(gòu)因子    040
習(xí)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(jié)構(gòu)
2.1原子的電負(fù)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(fù)性    047
2.2晶體的結(jié)合類(lèi)型    048
2.2.1離子晶體    049
2.2.2原子晶體（共價(jià)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(jié)合力的一般性質(zhì)    052
2.3.1晶體內(nèi)粒子之間的相互作用    052
2.3.2晶體的勢(shì)能    053
2.3.3晶體結(jié)構(gòu)及性能與結(jié)合能的關(guān)系    054
2.4非極性分子晶體的結(jié)合能    055
2.4.1非極性分子晶體的原子間作用勢(shì)    055
2.4.2非極性分子晶體的勢(shì)能及有關(guān)參量    057
2.5離子晶體的結(jié)合    059
2.5.1離子晶體的結(jié)合能及性質(zhì)    059
2.5.2馬德隆常數(shù)的計(jì)算    061
2.5.3離子半徑    061
2.6原子晶體的結(jié)合    063
2.6.1共價(jià)鍵的形成機(jī)理    063
2.6.2共價(jià)鍵的特征    063
習(xí)題    064
【拓展閱讀】    065
萊納斯·卡爾·鮑林（Linus Carl Pauling,1901—1994）    065
沃爾夫?qū)?middot;泡利(Wolfgang E.Pauli,1900—1958)    065
第3章晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)
3.1一維原子鏈的振動(dòng)    067
3.1.1一維簡(jiǎn)單晶格的情形    067
3.1.2一維復(fù)式晶格的情形    069
3.1.3聲學(xué)波和光學(xué)波的色散關(guān)系    070
3.1.4周期性邊界條件（玻恩-卡門(mén)邊界條件）    073
3.2晶格振動(dòng)的能量量子化——聲子    074
3.2.1晶格振動(dòng)模式及聲子的概念    074
3.2.2聲子的性質(zhì)    074
3.2.3聲子的動(dòng)量    075
3.2.4聲子與微觀粒子的相互作用    075
3.3晶格振動(dòng)的長(zhǎng)波近似    076
3.3.1長(zhǎng)聲學(xué)波    076
3.3.2長(zhǎng)光學(xué)波    078
3.4固體的比熱    081
3.4.1經(jīng)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(ài)因斯坦模型    084
3.4.5德拜模型    085
3.5晶格振動(dòng)聲子譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)的非簡(jiǎn)諧效應(yīng)    090
3.6.1非簡(jiǎn)諧效應(yīng)及其本質(zhì)    090
3.6.2熱傳導(dǎo)與非簡(jiǎn)諧效應(yīng)    091
3.6.3熱膨脹與非簡(jiǎn)諧效應(yīng)    092
習(xí)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(fèi)米氣體
4.1金屬自由電子的物理模型    096
4.1.1經(jīng)典金屬自由電子論及其局限性    096
4.1.2金屬自由電子費(fèi)米氣體模型    098
4.2金屬自由電子氣體的費(fèi)米參數(shù)    099
4.2.1一維自由電子費(fèi)米氣體    099
4.2.2三維自由電子費(fèi)米氣體    101
4.3金屬自由電子氣體的熱學(xué)性質(zhì)    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(shí)驗(yàn)熱容    107
4.4電導(dǎo)率和歐姆定律    107
4.4.1基本理論    107
4.4.2散射機(jī)制與電阻率    109
4.5功函數(shù)和接觸勢(shì)差    109
4.5.1功函數(shù)的產(chǎn)生    109
4.5.2金屬間的接觸勢(shì)差    110
習(xí)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(jié)構(gòu)    116
5.2.1二維簡(jiǎn)單正方晶格的布里淵區(qū)    116
5.2.2布里淵區(qū)與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)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(jié)構(gòu)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(jì)算    124
5.5.2周期場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的本征態(tài)和本征能量    126
5.5.3緊束縛近似計(jì)算的兩個(gè)簡(jiǎn)單例子    127
5.6晶體中電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)    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(zhǔn)動(dòng)量    130
5.6.3電子的加速度和有效質(zhì)量    130
5.7恒定電場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)    132
5.7.1電子運(yùn)動(dòng)速度和有效質(zhì)量    132
5.7.2恒定電場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)特性    133
5.8導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋    133
5.8.1滿帶電子不導(dǎo)電    134
5.8.2導(dǎo)體和非導(dǎo)體的模型    134
5.8.3空穴    135
習(xí)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(lèi)型    138
6.1.1點(diǎn)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(diǎn)缺陷的性質(zhì)    146
6.2.1缺陷運(yùn)動(dòng)與統(tǒng)計(jì)平衡    146
6.2.2缺陷的擴(kuò)散    148
6.2.3離子晶體中的點(diǎn)缺陷擴(kuò)散    152
6.3局域態(tài)    154
6.3.1局域振動(dòng)    154
6.3.2色心    155
6.3.3雜質(zhì)能級(jí)    157
習(xí)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(xiàn)