固體物理學

《固體物理學》論述了固體物理學的基礎知識和理論，共分為 6章內容，包括晶體結構和晶體衍射、晶體的結合、晶體中的缺陷、晶格振動和晶體的熱學性質、金屬自由電子論以及固體能帶理論。《固體物理學》系統地介紹了晶體結構及其表徵、晶體的衍射原理、晶體的結合類型及其形成的物理機制和表現出的物理性質、晶體缺陷的產生和缺陷類型及其對物性的影響、晶格振動的色散關係、聲子的概念以及如何利用愛因斯坦和德拜理論模型對固體比熱進行解釋、利用自由電子模型對固體的導電性和導熱性進行解釋。在固體能帶理論部分主要介紹了近自由電子模型和緊束縛近似模型的基本概念與計算能帶結構的基本方法以及晶體中布洛赫電子的準經典運動行為，*後依據該理論對金屬、半導體、半金屬和絕緣體等固體的導電性形成統一的理論解釋。

目錄

第1章 晶體結構和晶體衍射 1

1.1 晶體的週期性結構 2

1.1.1 點陣和基元 2

1.1.2 簡單格子（布喇菲格子）與複式格子 3

1.1.3 原胞和基矢 3

1.1.4 威格納-賽茲原胞 4

1.2 幾種典型的晶體結構 6

1.2.1 簡單立方 6

1.2.2 面心立方 6

1.2.3 體心立方 7

1.2.4 幾種重要的複式格子 8

1.3 密堆積結構和配位數 11

1.3.1 密堆積結構 11

1.3.2 典型晶體結構的配位數 13

1.3.3 緻密度 13

1.4 晶列與晶向指數、晶面與晶面指數 14

1.4.1 晶列、晶向與晶向指數 14

1.4.2 晶面與晶面指數、米勒指數 14

1.4.3 六角晶體中晶面族的米勒指數 15

1.5 晶體的對稱性 16

1.5.1 對稱性和對稱操作 16

1.5.2 晶格週期性對轉軸度數的限制 18

1.5.3 基本的對稱操作 19

1.5.4 晶體的微觀對稱性 23

1.6 七大晶系和十四種布喇菲格子 25

1.7 倒格子和布里淵區 28

1.7.1 倒格子的定義 28

1.7.2 倒格子與正格子之間的關係 30

1.7.3 布里淵區（倒格子的原胞） 32

1.8 X射線衍射和晶體結構的實驗確定 36

1.8.1 晶體中X射線的衍射方程 37

1.8.2 原子散射因子和幾何結構因子 44

習題 49

第2章 晶體的結合 54

2.1 結合力和結合能的一般性質 54

2.1.1 晶體的結合力和結合能 54

2.1.2 晶體結合力的來源 56

2.1.3 晶體的物理特徵量 57

2.2 五種基本的晶體結合類型 58

2.2.1 離子結合與離子晶體 59

2.2.2 范德瓦耳斯結合與分子晶體 71

2.2.3 共價結合與共價晶體 77

2.2.4 金屬結合與金屬晶體 82

2.2.5 氫鍵結合與氫鍵晶體 83

2.2.6 混合鍵晶體 87

習題 92

第3章 晶體中的缺陷 94

3.1 缺陷的分類 94

3.1.1 點缺陷的形成及類型 94

3.1.2 熱缺陷的統計數目和缺陷數目測量 98

3.1.3 色心 102

3.1.4 線缺陷 105

3.1.5 面缺陷 113

3.2 晶體中粒子的擴散過程和離子晶體的導電性 116

3.2.1 晶體中粒子的擴散過程 116

3.2.2 離子晶體的導電性 120

習題 122

第4章 晶格振動和晶體的熱學性質 124

4.1一維晶格的振動 124

4.1.1一維簡單格子 125

4.1.2一維複式格子 129

4.2週期性邊界條件 133

4.3三維晶格的振動 135

4.3.1 三維晶格振動方程 135

4.3.2 三維晶格振動的波矢數目和頻率數目 136

4.3.3 三維晶格振動譜的表示方法 138

4.4 模式密度 139

4.5 簡正振動和格波的量子理論 141

4.5.1 晶格的簡正振動 141

4.5.2 格波的量子理論和聲子的概念 146

4.6 晶體的熱學性質 148

4.6.1 固體比熱的愛因斯坦模型 150

4.6.2 固體比熱的德拜模型 152

4.6.3晶體的非簡諧效應 156

4.7晶體的物態方程 161

4.8 聲子振動譜的測量方法 163

習題 165

第5章 金屬自由電子論 167

5.1 德魯特經典自由電子氣模型 167

5.1.1 對歐姆定律的微觀解釋 169

5.1.2 自由電子氣的比熱 170

5.1.3 對維德曼-弗蘭茲定律的微觀解釋 171

5.1.4 經典自由電子氣模型的缺陷 172

5.2 索末菲自由電子氣模型 172

5.2.1 金屬自由電子氣的能態密度 173

5.2.2 電子氣的費米能量 177

5.2.3 化學勢與温度關係 183

5.3 自由電子氣的比熱 186

5.4 金屬的電導率和歐姆定律 189

5.5 金屬的熱傳導 191

5.6 電子在磁場中的運動 193

5.6.1 朗道能級 193

5.6.2 朗道能級的簡併度 195

5.6.3 磁場中電子的能態密度 196

5.6.4 德哈斯-範阿爾芬效應 197

5.6.5 霍爾效應 201

習題 207

第6章 固體能帶理論 209

6.1 週期性勢場和布洛赫電子 210

6.1.1布洛赫波 212

6.1.2 能帶的三種表示方法 216

6.2 近自由電子近似 218

6.2.1 一維週期勢作為微擾 219

6.2.2 一維簡併微擾 223

6.2.3 三維情況 227

6.3 緊束縛近似 231

6.3.1 緊束縛近似能帶結構計算 231

6.3.2 立方晶體的能帶和有效質量 236

6.4 布洛赫電子的等能面和能態密度 241

6.4.1 布洛赫電子的等能面 241

6.4.2 布洛赫電子的能態密度 242

6.5 布洛赫電子的準經典運動 243

6.5.1 布洛赫電子的平均速度 243

6.5.2 布洛赫電子的加速度及有效質量 246

6.6 固體導電性能的能帶理論解釋 251

6.6.1 滿帶和不滿帶對電流的貢獻 251

6.6.2 絕緣體、導體、半導體和半金屬 252

6.6.3 近滿帶和空穴的概念 255

習題 257

參考書目及主要參考文獻 260

常用基本物理常量 264

書中用到的主要公式及方程 265

正文索引 272

元素週期表