固體物理學(xué)課程教學(xué)大綱.doc

固體物理學(xué) 課程教學(xué)大綱一、課程說明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分； 課程名稱：固體物理學(xué) 所屬專業(yè)：理學(xué)專業(yè) 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課 學(xué) 分：4（二）課程簡介、目標(biāo)與任務(wù)；課程簡介：固體物理學(xué)是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學(xué)。它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科。本課程以點(diǎn)陣及晶體對(duì)稱性為主線，以周期結(jié)構(gòu)中的波動(dòng)問題貫穿固體物理的整個(gè)教學(xué)內(nèi)容?；灸繕?biāo)與任務(wù)：1. 掌握包括對(duì)點(diǎn)陣及晶體對(duì)稱性的定義、表征和檢測，以及在晶體中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2. 在掌握知識(shí)架構(gòu)的同時(shí)，對(duì)固體物理中處理多體問題的方法及其局限性有所了解，并了解一些重要概念的實(shí)驗(yàn)探測；3. 獲得在本門課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些基本問題的初步能力；4. 為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下必要的基礎(chǔ)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；先修課程：理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)以及數(shù)學(xué)物理方法 關(guān)系：理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)以及數(shù)學(xué)物理方法是固體物理學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和物理基礎(chǔ)，固體物理學(xué)在此先修課程的基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。（四）教材與主要參考書。選用教材：基泰爾， 固體物理導(dǎo)論（第八版）。主要參考書：1. 黃昆、韓汝琦，固體物理學(xué)，高等教育出版社2. Neil W. Ashcroft、N.David Mermin，Solid state Physics3. 劉友之、聶向富、蔣生蕊，固體物理學(xué)習(xí)題指導(dǎo)二、課程內(nèi)容與安排緒論 第一章 晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié) 原子的周期性陣列第二節(jié) 晶格的基本類型第三節(jié) 晶面指數(shù)系統(tǒng)第四節(jié) 簡單晶體結(jié)構(gòu)第二章 晶體衍射和倒格子第一節(jié) 晶體衍射第二節(jié) 散射波振幅第三節(jié) 布里淵區(qū)第四節(jié) 結(jié)構(gòu)基元的傅里葉分析第三章 晶體結(jié)合與彈性常量第一節(jié) 晶體結(jié)合的基本形式第二節(jié) 惰性元素晶體（分子晶體）第三節(jié) 離子晶體第四節(jié) 共價(jià)晶體第四章 聲子（I）：晶格振動(dòng)第一節(jié) 單原子結(jié)構(gòu)基元情況下的晶格振動(dòng)第二節(jié) 基元中含有兩個(gè)原子的情況第三節(jié) 彈性波的量子化第四節(jié) 聲子動(dòng)量第五節(jié) 聲子引起的非彈性散射第五章 聲子（II）：熱學(xué)性質(zhì)第一節(jié) 聲子比熱容第二節(jié) 非諧晶體相互作用第三節(jié) 導(dǎo)熱性第六章 自由電子費(fèi)米氣第一節(jié) 自由電子費(fèi)米氣的物理模型第二節(jié) 能級(jí)和軌道第三節(jié) 電子氣的比熱容第四節(jié) 電導(dǎo)率和歐姆定律第五節(jié) 電子在外加磁場中的運(yùn)動(dòng)第六節(jié) 金屬熱導(dǎo)率第七章 能帶第一節(jié) 近自由電子模型第二節(jié) 布洛赫定理第三節(jié) 克勒尼希-彭尼模型第四節(jié) 電子在周期性勢場中的波動(dòng)方程第五節(jié) 能帶圖示法第六節(jié) 金屬與絕緣體第八章 半導(dǎo)體晶體第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)方程第二節(jié) 有效質(zhì)量第三節(jié) 回旋共振第四節(jié) 本征載流子濃度第五節(jié) 雜質(zhì)導(dǎo)電性第九章 費(fèi)米面和金屬第一節(jié) 費(fèi)米面構(gòu)圖法第二節(jié) 電子在恒定磁場下的運(yùn)動(dòng)軌道第三節(jié) 等能面與軌道密度第四節(jié) 緊束縛近似第五節(jié) 費(fèi)米面研究中的實(shí)驗(yàn)方法（一）教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配采用以課堂講授為主、結(jié)合習(xí)題討論和隨堂提問的方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真聽講及課后復(fù)習(xí)整理。學(xué)時(shí)分配如下：緒論（2學(xué)時(shí)）第一章（8學(xué)時(shí)）第二章（8學(xué)時(shí)）第三章（6學(xué)時(shí)）第四章（8學(xué)時(shí)）第五章（8學(xué)時(shí)）第六章（10學(xué)時(shí)）第七章（10學(xué)時(shí)）第八章（6學(xué)時(shí)）第九章（6學(xué)時(shí)）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：緒論： 固體物理的發(fā)展，在理學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)理論中的重要地位，參考書目第一章：晶體空間對(duì)稱性的描述方法，基本的晶體結(jié)構(gòu)，晶面指數(shù)，布喇菲點(diǎn)陣類型，對(duì)稱操作。第二章：倒格子與倒格子矢量，倒格子矢量與晶面指數(shù)的關(guān)系，布拉格定理與勞埃衍射條件，布里淵區(qū)，X射線實(shí)驗(yàn)方法，基元的幾何結(jié)構(gòu)因子。第三章：晶體結(jié)合的基本形式，內(nèi)聚能，范德瓦爾斯相互作用，離子晶體的馬德隆能，晶體平衡最近鄰距離。第四章：格波與聲子，晶體振動(dòng)的色散關(guān)系，第一布里淵區(qū)，聲學(xué)支與光學(xué)支。第五章：模式密度，描述晶體熱容的兩種模型：愛因斯坦模型與德拜模型，非簡諧效應(yīng)，熱膨脹第六章：自由電子理論的物理模型，費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)規(guī)律，自由電子的狀態(tài)密度，自由電子在基態(tài)下的性質(zhì)，自由電子氣體的熱學(xué)性質(zhì)，金屬電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。 第七章：布洛赫定理，周期性勢場中的電子波動(dòng)方程，弱周期性勢場中電子的行為，能隙的產(chǎn)生，能帶的構(gòu)圖方法，從能帶理論理解金屬與絕緣體第八章： 準(zhǔn)經(jīng)典近似，布洛赫電子在外加電磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，空穴，電子和空穴在恒定電場下的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，有效質(zhì)量，回旋共振，本征載流子濃度。第九章：費(fèi)米面，費(fèi)米面構(gòu)圖法，緊束縛近似，磁場中的軌道量子化，德哈斯-范阿爾芬效應(yīng)?！局攸c(diǎn)掌握】：晶體空間對(duì)稱性的描述方法，基本的晶體結(jié)構(gòu)，倒格子與倒格子矢量，布拉格定理與勞埃衍射條件，布里淵區(qū)，晶體結(jié)合的基本形式，格波與聲子，描述晶體熱容的兩種模型：愛因斯坦模型與德拜模型，自由電子理論的物理模型，布洛赫定理，周期性勢場中的電子波動(dòng)方程，有效質(zhì)量，緊束縛近似。【掌握】：晶面指數(shù)，布喇菲點(diǎn)陣類型，對(duì)稱操作，內(nèi)聚能，范德瓦爾斯相互作用，離子晶體的馬德隆能，第一布里淵區(qū)，聲學(xué)支與光學(xué)支，費(fèi)米面，費(fèi)米面構(gòu)圖法，緊束縛近似，磁場中的軌道量子化，德哈斯-范阿爾芬效應(yīng)，準(zhǔn)經(jīng)典近似，布洛赫電子在外加電磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，空穴，電子和空穴在恒定電場下的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)?！玖私狻浚?非簡諧效應(yīng)，熱膨脹，回旋共振，電子和空穴在恒