固體物理學(xué)基礎(chǔ)教程

前言

　　本書是為非物理類工科研究生，特別是材料學(xué)、材料加工工程學(xué)科研究生編寫的教材，也可作為科技人員和其他相關(guān)專業(yè)研究生、材料物理類專業(yè)本科生的參考書。本書著重闡述固體物理學(xué)的物理基礎(chǔ)、基本概念和基本理論?！　」腆w物理學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要分支，主要研究固體物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理性質(zhì)及其相互關(guān)系。近幾十年來(lái)，固體物理學(xué)的發(fā)展非常迅速，并已形成了以晶體學(xué)、晶格振動(dòng)動(dòng)力學(xué)、金屬物理學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、磁學(xué)、電介質(zhì)物理學(xué)、壓電物理學(xué)、鐵電物理學(xué)、低溫物理學(xué)、高壓物理學(xué)、發(fā)光學(xué)以及近期發(fā)展起來(lái)的表面物理學(xué)、超導(dǎo)物理學(xué)、非晶態(tài)物理學(xué)、液晶物理學(xué)、高分子物理學(xué)及低維固體物理學(xué)等分支學(xué)科，而且，新的分支尚在不斷迸發(fā)。固體物理學(xué)的概念、方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)還在向相鄰的學(xué)科滲透，有力地促進(jìn)了材料科學(xué)和器件物理、化學(xué)物理學(xué)、生物物理學(xué)和地球物理學(xué)等廣義學(xué)科的發(fā)展?！　∵^(guò)去的大多數(shù)固體物理學(xué)教材都是為物理系學(xué)生編寫的，一般要求學(xué)生有比較系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和量子力學(xué)的基礎(chǔ)，這就使得普通工科研究生、大學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握固體物理學(xué)的概念和理論感到比較困難；同時(shí)這些固體物理學(xué)教材中又或多或少地選編了固體的一些專題，如半導(dǎo)體、磁學(xué)及超導(dǎo)電性等。編者在多年的固體物理學(xué)的學(xué)習(xí)和教學(xué)過(guò)程中，深感缺乏一本適合于工科學(xué)生，特別是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)固體物理基礎(chǔ)的教材?！　”緯趦?nèi)容處理上作了新的嘗試：即首先講授固體物理學(xué)的物理基礎(chǔ)，主要包括分析力學(xué)、量子力學(xué)及統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)；在此基礎(chǔ)上再講授固體物理學(xué)的核心內(nèi)容，即固體中原子（離子）的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)模型（固體的結(jié)構(gòu)、固體的結(jié)合、晶格振動(dòng)及熱學(xué)性質(zhì)等），固體中電子的運(yùn)動(dòng)模型（固體電子論、能帶理論等），繼而進(jìn)一步討論晶格振動(dòng)等對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響（電導(dǎo)理論）。而對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生已經(jīng)掌握的晶體缺陷的性質(zhì)、晶體中的擴(kuò)散、相平衡與相圖等則不再講授；對(duì)于固體物理學(xué)的分支或?qū)ｎ}，在本教程中也不介紹，學(xué)生在學(xué)完本課程后，可根據(jù)學(xué)科研究方向再選修磁性材料、非晶態(tài)材料、薄膜材料、介電材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料或非線性光學(xué)材料等相關(guān)課程?！　≡诒緯木帉戇^(guò)程中，參考了很多參考書籍和資料，這里謹(jǐn)向這些書籍和資料的作者們表示感謝！還要感謝南京航空航天大學(xué)孫久厚教授、肖軍教授的熱情支持和幫助。由于水平有限和時(shí)間倉(cāng)促，書中的錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，懇請(qǐng)專家和學(xué)者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書主要講述了分析力學(xué)、量子力學(xué)及統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等固體物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)；在此基礎(chǔ)上再講述固體物理學(xué)的核心內(nèi)容，即固體中原子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)模型，電子的運(yùn)動(dòng)模型等；繼而進(jìn)一步討論了晶格振動(dòng)等對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響。全書共10章，包括分析力學(xué)基礎(chǔ)、量子力學(xué)基本理論、統(tǒng)計(jì)物理概論、固體的結(jié)構(gòu)、固體的結(jié)合、晶格振動(dòng)Ⅰ——聲子、晶格振動(dòng)Ⅱ——熱學(xué)性質(zhì)、固體電子論基礎(chǔ)、固體能帶理論、固體電導(dǎo)理論。    本書可作為非物理類工科研究生，特別是材料學(xué)、材料加工工程研究生教材，也可作為材料物理類本科生用教材和相關(guān)科技人員參考書。

書籍目錄

第1章　分析力學(xué)基礎(chǔ) 1.1 廣義坐標(biāo)與拉格朗日方程 1.2 廣義動(dòng)量與哈密頓正則方程 1.3 哈密頓原理 復(fù)習(xí)思考題第2章　量子力學(xué)的基本理論 2.1 波函數(shù)和薛定諤方程 2.2 算符理論及表象理論 2.3 微擾理論 2.4 電子自旋與全同粒子 復(fù)習(xí)思考題第3章　統(tǒng)計(jì)物理概論 3.1 引論 3.2 近獨(dú)立粒子的統(tǒng)計(jì)分布 3.3 玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色統(tǒng)計(jì)與費(fèi)米統(tǒng)計(jì)理論 3.4 系綜理論 復(fù)習(xí)思考題第4章　固體的結(jié)構(gòu) 4.1 固體中原子（離子）排列的完整性 4.2 固體中原子（離子）排列的不完整性 4.3 X射線衍射 4.4 非晶、準(zhǔn)晶及納米晶簡(jiǎn)介 復(fù)習(xí)思考題第5章　固體的結(jié)合 5.1 結(jié)合力的一般性質(zhì) 5.2 幾種典型晶體的結(jié)合 5.3 晶體的結(jié)合與元素周期性 復(fù)習(xí)思考題第6章　晶格振動(dòng)Ⅰ——聲子 6.1 一維晶格振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 6.2 晶格振動(dòng)的量子化和聲子 6.3 長(zhǎng)波近似與黃昆方程 6.4 晶格振動(dòng)譜的對(duì)稱性和晶格振動(dòng)的模式密度 6.5 無(wú)序系統(tǒng)中的原子振動(dòng) 復(fù)習(xí)思考題第7章　晶格振動(dòng)Ⅱ——熱學(xué)性質(zhì) 7.1 固體的熱容 7.2 晶格的狀態(tài)方程與晶體的熱膨脹 7.3 N過(guò)程、U過(guò)程與晶體的熱傳導(dǎo) 7.4 確定晶格振動(dòng)譜的實(shí)驗(yàn)方法 復(fù)習(xí)思考題第8章　固體電子論基礎(chǔ) 8.1 特魯?shù)?洛侖茲的經(jīng)典自由電子理論 8.2 索末菲的量子自由電子理論 8.3 費(fèi)米統(tǒng)計(jì)與電子氣的費(fèi)米能量 8.4 金屬電導(dǎo)率與電子氣的熱容量 8.5 功函數(shù)、接觸勢(shì)差與自由電子的順磁性 復(fù)習(xí)思考題第9章　固體能帶理論 9.1 布洛赫電子和布洛赫定理 9.2 一維克龍尼克?潘納模型 9.3 周期性勢(shì)場(chǎng)中的近自由電子近似 9.4 緊束縛近似——原子軌道線性組合法 9.5  計(jì)算能帶的其他方法 9.6能態(tài)密度與費(fèi)米面的構(gòu)造 9.7無(wú)序系統(tǒng)中的電子態(tài) 復(fù)習(xí)思考題第10章　固體電導(dǎo)理論 10.1 晶體中電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng) 10.2 電磁場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng) 10.3 玻耳茲曼方程與弛豫時(shí)間近似 10.4 電子散射的微觀理論 10.5 雜質(zhì)散射與固溶體合金的電阻率 10.6久保?格林伍德公式 復(fù)習(xí)思考題附錄基本物理常數(shù)主要參考文獻(xiàn)推薦閱讀書目

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