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1、01_00_绪论 晶体结构固体物理学1.固体物理学固体物理学 黄昆黄昆 韩汝琪韩汝琪 高等教育出版社高等教育出版社2.Introduction to Solid State PhysicsEighth Edition CHARLES KITTEKL John Wiley 中文版中文版3.固体物理学固体物理学 方俊鑫方俊鑫 陆栋陆栋 上海科学技术出版社上海科学技术出版社 4.固体物理学固体物理学 顾秉林顾秉林 王喜昆王喜昆 清华大学出版社清华大学出版社 5.固体物理学学习参考书固体物理学学习参考书 陈金富陈金富 高等教育出版社高等教育出版社6.固体物理基础固体物理基础 阎守胜阎守胜 北京大学出版
2、社北京大学出版社7.固体能带理论固体能带理论 谢希德谢希德 陆栋陆栋 复旦大学出版社复旦大学出版社Version200902188.网络课件资源链接网络课件资源链接 01_00_绪论 晶体结构绪绪 论论 一一 固体物理的研究对象固体物理的研究对象 固体结构及其组成粒子固体结构及其组成粒子 原子原子_离子离子_电子之间相互作用与运动规律电子之间相互作用与运动规律 以阐明其性能与用途的学科以阐明其性能与用途的学科01_00_绪论 晶体结构固体分类固体分类 晶体晶体 原子按一定周期排列规则的固体原子按一定周期排列规则的固体_长程有序长程有序天然的岩盐天然的岩盐_水晶水晶半导体锗半导体锗_硅单晶硅单晶
3、非晶体非晶体 原子的排列没有明确的周期性原子的排列没有明确的周期性_短程有序短程有序玻璃玻璃_橡胶橡胶_塑料塑料01_00_绪论 晶体结构Crystal Structure of CaCO301_00_绪论 晶体结构Crystal Structureof YBaCuO01_00_绪论 晶体结构Shape of Snow Crystal01_00_绪论 晶体结构Be2O3 Crystal and Glass of Be2O301_00_绪论 晶体结构准晶体准晶体 1984年年Shechtman用快速冷却方法制备的用快速冷却方法制备的AlMn合金合金 电子衍射图中电子衍射图中 五重对称的斑点分布五
4、重对称的斑点分布 介于晶体和非晶体之间介于晶体和非晶体之间 新的状态新的状态 准晶态准晶态01_00_绪论 晶体结构理想晶体理想晶体 内在结构完全规则的固体内在结构完全规则的固体 完整晶体完整晶体实际晶体实际晶体 固体中或多或少存在不规则性固体中或多或少存在不规则性 在规则排列的背景中在规则排列的背景中 尚存在微量不规则性的晶体尚存在微量不规则性的晶体01_00_绪论 晶体结构二二 固体物理的发展过程固体物理的发展过程 晶体规则的几何形状和对称性晶体规则的几何形状和对称性 与其它物理性质之间有一定联系与其它物理性质之间有一定联系 十七世纪惠更斯十七世纪惠更斯 以椭球堆积的模型以椭球堆积的模型
5、解释方解石的双折射性质和解理面解释方解石的双折射性质和解理面 晶体外形的规则性是内部规则性的反映晶体外形的规则性是内部规则性的反映01_00_绪论 晶体结构 十八世纪十八世纪_阿羽依认为阿羽依认为晶体由坚实相同晶体由坚实相同 平行六面形小平行六面形小“基石基石”有规则地重复堆集而成有规则地重复堆集而成 十九世纪中叶十九世纪中叶布喇菲布喇菲发展了空间点阵学说发展了空间点阵学说 概括了晶格周期性的特征概括了晶格周期性的特征01_00_绪论 晶体结构 描述晶体比热描述晶体比热_杜隆珀替杜隆珀替定律定律 描述金属导热和导电性质描述金属导热和导电性质_魏德曼佛兰兹魏德曼佛兰兹定律定律 二十世纪初二十世纪
6、初_特鲁德特鲁德和和洛伦兹洛伦兹 建立了经典金属自由电子论建立了经典金属自由电子论_进一步认识固体进一步认识固体 十九世纪末叶十九世纪末叶_费多洛夫，熊夫利、巴罗等费多洛夫，熊夫利、巴罗等 独立地发展了晶体微观几何结构的理论体系独立地发展了晶体微观几何结构的理论体系 为进一步研究晶体结构的规律提供了理论依据为进一步研究晶体结构的规律提供了理论依据01_00_绪论 晶体结构 1912年年_劳厄劳厄 指出晶体可以作为指出晶体可以作为X射线的衍射光栅射线的衍射光栅01_00_绪论 晶体结构 爱因斯坦爱因斯坦引进量子化的概念来研究晶格振动引进量子化的概念来研究晶格振动 索末菲索末菲在金属自由电子论基础
7、上在金属自由电子论基础上_发展了固体量子论发展了固体量子论 费米费米发展了量子统计理论发展了量子统计理论 为研究晶体中电子运动的过程指出了方向为研究晶体中电子运动的过程指出了方向 20世纪三十年代世纪三十年代_建立了建立了固体能带论和晶格动力学固体能带论和晶格动力学 量子理论发展量子理论发展 正确描述了晶体内部微观粒子运动过程正确描述了晶体内部微观粒子运动过程01_00_绪论 晶体结构 固体能带论说明了导体与绝缘体的区别固体能带论说明了导体与绝缘体的区别 并断定导电性质介于两者之间并断定导电性质介于两者之间_半导体半导体 20世纪四十年代末锗世纪四十年代末锗_硅为代表的半导体单晶硅为代表的半导
8、体单晶 制成了晶体三极管制成了晶体三极管_半导体物理半导体物理 1960年诞生的激光技术年诞生的激光技术 对固体的电光对固体的电光_声光和磁光器件不断地提出新要求声光和磁光器件不断地提出新要求01_00_绪论 晶体结构三三 固体物理的学科领域固体物理的学科领域 高纯度的完整晶体高纯度的完整晶体 杂质杂质_缺陷对金属缺陷对金属_半导体半导体_电介质电介质_磁性材料磁性材料 以及其它固体材料性能的影响以及其它固体材料性能的影响 一般条件下金属一般条件下金属_半导体半导体_电介质电介质_磁性磁性 发光等材料的各种性质发光等材料的各种性质 强磁场强磁场_强辐射强辐射_超高压超高压_极低温等特殊条件下极
9、低温等特殊条件下 材料表现出的各种现象和效应材料表现出的各种现象和效应01_00_绪论 晶体结构 探索新材料和设计新器件探索新材料和设计新器件 超导理论超导理论_多体理论多体理论_非晶态理论非晶态理论_表面理论表面理论 光与物质相互作用等光与物质相互作用等 发展制备材料和器件的新工艺和新理论发展制备材料和器件的新工艺和新理论 固体物理学负担着重多的理论课题固体物理学负担着重多的理论课题01_00_绪论 晶体结构固体物理领域固体物理领域金金属属物物理理半半导导体体物物理理晶晶体体物物理理磁磁学学电电介介质质物物理理液液晶晶物物理理固固体体发发光光超超导导体体物物理理固固态态电电子子学学固固态态光
10、光电电子子学学固固体体光光谱谱强强关关联联物物理理纳纳米米物物理理表表面面物物理理介介观观物物理理01_00_绪论 晶体结构四四 固体物理的研究方法固体物理的研究方法 固体固体 一个复杂的客体一个复杂的客体 1 立方米含有约立方米含有约1029个原子个原子_电子电子 而且它们之间的相互作用相当强而且它们之间的相互作用相当强固体的宏观性质固体的宏观性质 大量粒子的相互作用大量粒子的相互作用 和集体运动的总表现和集体运动的总表现01_00_绪论 晶体结构1 晶格振动的研究晶格振动的研究2 金属的研究金属的研究 根据晶体中原子规则排列的特点根据晶体中原子规则排列的特点 建立建立晶格动力学晶格动力学理
11、论理论_引入引入声子声子概念概念 阐明了固体的低温比热和中子衍射谱阐明了固体的低温比热和中子衍射谱 抽象出电子公有化的概念抽象出电子公有化的概念 再用再用单电子近似的方法建立能带理论单电子近似的方法建立能带理论 阐明导体阐明导体_半导体和绝缘体导电性质半导体和绝缘体导电性质01_00_绪论 晶体结构3 物质的铁磁性物质的铁磁性4 超导的理论超导的理论 研究了电子与声子的相互作用研究了电子与声子的相互作用 阐明低温磁化强度随温度变化的规律阐明低温磁化强度随温度变化的规律 研究电子和声子的相互作用研究电子和声子的相互作用 两个电子通过声子形成库柏对两个电子通过声子形成库柏对 库柏对的凝聚表现为超导电相变库柏对的凝聚表现为超导电相变01_00_绪论 晶体结构五五 固体物理在物理学中的地位固体物理在物理学中的地位 物理学隶属于理学学科门类物理学隶属于理学学科门类 为一级学科为一级学科物理学下有物理学下有16个二级学科个二级学科凝聚态物理学为其中之一凝聚态物理学为其中之一凝聚态物理学下有凝聚态物理学下有16个三级学科个三级学科固体物理固体物理 凝聚态物理的主干基础课程凝聚态物理的主干基础课程