固體物理學(xué)-課程介紹課件

固體物理學(xué)課程介紹11固體物理學(xué)課程介紹11課程概要固體物理基礎(chǔ)

SolidStatePhysics課程屬性：

專業(yè)核心課

學(xué)時(shí)/學(xué)分：

72/4預(yù)修課程：

量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)目的和要求:本課程為物理學(xué)與電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生的專業(yè)核心課。主要內(nèi)容包括固體物理的基本理論和基本知識(shí)，介紹晶體的結(jié)構(gòu)和結(jié)合方式；研究固體的熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等基本物理性質(zhì)的普遍規(guī)律。要求學(xué)生掌握固體物理的基本概念和基本理論，并將其靈活地應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料和納米科學(xué)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。24課程概要固體物理基礎(chǔ)SolidStatePhysic課程主要內(nèi)容第一章

晶體結(jié)構(gòu)單晶、準(zhǔn)晶和非晶；晶格；晶格的對(duì)稱性和點(diǎn)群、空間群；常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)；倒格子和布里淵區(qū)；晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；X射線衍射條件、基元的幾何結(jié)構(gòu)因子及原子形狀因子。第二章

固體的結(jié)合和類型離子性結(jié)合、共價(jià)結(jié)合、金屬性結(jié)合、范德瓦爾斯結(jié)合；金屬、離子晶體、共價(jià)晶體、分子晶體；團(tuán)簇和低維固體。35課程主要內(nèi)容第一章晶體結(jié)構(gòu)單晶、準(zhǔn)晶和非晶；晶格；晶格的課程主要內(nèi)容第三章

晶格振動(dòng)簡(jiǎn)諧晶體的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)；簡(jiǎn)諧晶體的量子理論；聲子、聲子態(tài)密度、晶格比熱；非簡(jiǎn)諧效應(yīng)，熱傳導(dǎo)，熱膨脹；晶格振動(dòng)譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法。第四章

金屬電子論金屬自由電子氣體模型；費(fèi)米統(tǒng)計(jì)和電子熱容量；金屬的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率；泡利順磁性；第五章

能帶理論布洛赫定理；近自由電子近似；緊束縛近似；能帶和能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法；費(fèi)米面和態(tài)密度；費(fèi)米面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量；46課程主要內(nèi)容第三章晶格振動(dòng)簡(jiǎn)諧晶體的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)；簡(jiǎn)諧晶體的課程主要內(nèi)容第六章

晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)經(jīng)典近似，恒定電場(chǎng)、磁場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋；回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應(yīng)；霍爾效應(yīng)和磁阻。第七章

半導(dǎo)體電子論半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體中的雜質(zhì)；半導(dǎo)體中的載流子和電導(dǎo)；PN結(jié)及其應(yīng)用。57課程主要內(nèi)容第六章晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)參考書固體物理參考書黃昆編著，《固體物理學(xué)》，高等教育出版社，Kittel,

C.,Introduction

to

Solid

State

Physics

(8th,Ed.),John

Wiley

&Sons,Inc.,2004;基泰爾著，項(xiàng)金鐘、吳興惠譯，《固體物理導(dǎo)論》(原著第8版)，化學(xué)工業(yè)出版社，2011年。量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理參考書1.周世勛，《量子力學(xué)教程》，高等教育出版社，1979年；2.曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)導(dǎo)論》（第二版），北京大學(xué)出版社，1998年；曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》（卷I）（第四版），科學(xué)出版社，2004年.2.汪志誠(chéng)，《熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理》（第四版），高等教育出版社，2012年.681988.參考書固體物理參考書黃昆編著，《固體物理學(xué)》，高等教育出版美國(guó)大學(xué)開(kāi)放課程MIT開(kāi)放課程：/Harvard在線學(xué)習(xí)Yale開(kāi)放課程/CarnegieMellonUniversity開(kāi)放/79美國(guó)大學(xué)開(kāi)放課程MIT開(kāi)放課程：79MOOC（Massiveopenonlinecourse）edX/Coursera//Udacity//可汗學(xué)院/810MOOC（Massiveopenonlinecours國(guó)內(nèi)開(kāi)放課程愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)精品開(kāi)放課程官方網(wǎng)站）/中國(guó)大學(xué)MOOC/911國(guó)內(nèi)開(kāi)放課程愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)精品開(kāi)放課程官方網(wǎng)站）http國(guó)內(nèi)MOOC果殼網(wǎng)MOOC/學(xué)堂在線MOOC中國(guó)（搜集整理平臺(tái)）/1012國(guó)內(nèi)MOOC果殼網(wǎng)MOOC1012商業(yè)網(wǎng)站網(wǎng)易公開(kāi)課

搜狐課堂

/新浪公開(kāi)課

/優(yōu)酷公開(kāi)課

/open1113商業(yè)網(wǎng)站網(wǎng)易公開(kāi)課其他學(xué)習(xí)資源G（）

（維基英文版）科學(xué)網(wǎng)論壇

小木蟲(chóng)論壇

m上述資源適用于各門課程的學(xué)習(xí)以及未來(lái)的科研工作1214其他學(xué)習(xí)資源上述資源適用于1214什么是固體物理學(xué)？

固體物理學(xué)solidstatephysics研究對(duì)象：固體（晶體）。研究?jī)?nèi)容：與普通物理不同，它的重點(diǎn)不在于描述固體的宏觀物理性質(zhì)，而是去闡明和理解固體的宏觀性質(zhì)的由來(lái)。主要集中在原子尺度的結(jié)構(gòu)排列如何決定體系宏觀性質(zhì)上。從而找出控制、利用、改善這些性質(zhì)的方法。研究手段：通過(guò)量子力學(xué)、結(jié)晶學(xué)、電磁學(xué)及冶金學(xué)。它是材料科學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，例如晶體管和半導(dǎo)體器件，都是固體物理學(xué)發(fā)展的直接成果。From

/wiki/Solid-state_physics1315什么是固體物理學(xué)？固體物理學(xué)solidstatep什么是固體？

Thesolid

state

of

matter

ischaracterizedbyadistinctstructural

rigidity

andresistance

to

deformation

(thatischangesofshapeand/orvolume).

MostsolidshavehighvaluesbothofYoung's

modulus

andoftheshear

modulus

of

elasticity.Thiscontrastswithliquids

or

fluids,whichhavezero

static

shear

modulusandexhibitthecapacityformacroscopicviscousflow.From

/wiki/Solid1416什么是固體？Thesolidstateofmat說(shuō)明：固體物理研究的不是單個(gè)原子的性質(zhì)，而是大量原子組成在一起形成固體后所表現(xiàn)出來(lái)的集體性質(zhì)。因此只有通過(guò)對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)和組成固體微觀粒子之間的相互作用及運(yùn)動(dòng)機(jī)制的研究才能理解固體的性質(zhì)。?例如：性質(zhì)完全不同的無(wú)定形碳、石墨和金剛石都是由相同的碳原子組成的，是碳原子空間排列和結(jié)合方式的差異帶來(lái)了其物理性質(zhì)的極端不同。兩次Nobel物理獎(jiǎng)獲得者巴丁(J.Bardeen)說(shuō)：固體物理學(xué)依據(jù)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)來(lái)了解固體的各種性質(zhì)。1517說(shuō)明：1517物質(zhì)的狀態(tài)1618Wateriswater,unlessitheatsup.Whirl.Swirl.Watchitcurlby.Steamissteam,unlessitcoolshigh.物質(zhì)的狀態(tài)1618Wateriswater,unles物質(zhì)的狀態(tài)1719熔點(diǎn)-218.4℃沸點(diǎn)-183℃在常壓下,液氮溫度為-196℃物質(zhì)的狀態(tài)1719熔點(diǎn)-218.4℃沸點(diǎn)-183℃在常壓下,物質(zhì)的狀態(tài)1820物質(zhì)的狀態(tài)1820plasmalamp1921plasmalamp1921aurora2022aurora2022Plasma

Display2123PlasmaDisplay2123Plasma

Display2224PlasmaDisplay2224LiquidCrystal

Display2325LiquidCrystalDisplay2325LiquidCrystal

Display2426LiquidCrystalDisplay2426軟物質(zhì)(softmatter)

Soft

matter

isasubfieldofcondensed

mattercomprisingavarietyofphysicalstatesthatareeasilydeformedbythermalstressesorthermalfluctuations.

Theyincludeliquids,

colloids,

polymers,

foams,

gels,granular

materials,

and

a

number

of

biologicalmaterials./wiki/Soft_matterThe

Nobel

Prize

in

Physics

1991

was

awarded

toPierre-Gilles

de

Gennes

"for

discovering

thatmethods

developed

for

studying

order

phenomenain

simple

systems

can

be

generalized

to

morecomplex

forms

of

matter,

in

particular

to

liquidcrystals

and

polymers".“foundingfatherofsoftmatter”2527軟物質(zhì)(softmatter)Softmatter固體與晶體石蠟橡膠

A

crystal

or

crystalline

solid

is

a

solid

materialwhose

constituent

atoms,

molecules,

or

ions

arearranged

in

an

ordered

pattern

extending

in

all

threespatial

dimensions.

In

addition

to

their

microscopic

structure,

largecrystals

are

usually

identifiable

by

their

macroscopicgeometrical

shape,

consisting

of

flat

faces

withspecific,

characteristic

orientations./wiki/Crystal2628固體與晶體石蠟橡膠Acrystalorcrysta身邊的晶體食鹽藍(lán)寶石紅寶石味精/AMuseum/crystal/index.html2729sapphireruby身邊的晶體食鹽藍(lán)寶石紅寶石味精http://amuseum.自然界的晶體藍(lán)鐵礦立方體形狀天然黃鐵礦Pyrite,FeS2桔紅色天然水晶/AMuseum/crystal/index.html2830vivianite,Fe3(PO4)2．(H2O)8crystal自然界的晶體藍(lán)鐵礦立方體形狀桔紅色http://amuseu人工合成的晶體人工石英人工石英人工石英KGdW晶體KTP晶體KTN晶體/AMuseum/crystal/index.html2931人工合成的晶體人工石英人工石英人工石英KGdW晶體KTP晶體晶體的外形與微觀結(jié)構(gòu)3032晶體的外形與微觀結(jié)構(gòu)3032單晶冰糖和多晶冰糖/AMuseum/crystal/index.html3133單晶冰糖和多晶冰糖http://amuseum.cdstm.身邊的多晶體石頭石頭硬幣螺釘瓷器陶器/AMuseum/crystal/index.htmlalloy高嶺土粘土800-1000℃1200℃3234上釉身邊的多晶體石頭硬幣瓷器陶器http://amuseum.c3333晶體、多晶體與非晶體

A

crystal

is

a

solid

where

the

atoms

form

a

periodicarrangement.

In

polycrystal,

each

of

the

small

crystals

is

a

true

crystalwith

a

periodic

arrangement

of

atoms,

but

the

wholepolycrystal

does

not

have

a

periodic

arrangement

ofatoms.

Most

macroscopic

inorganic

solids

are

polycrystalline,including

almost

all

metals,

ceramics,

ice,

rocks,

etc.

Solids

that

are

neither

crystalline

nor

polycrystalline,such

as

glass,

are

called

amorphous

solids,

also

calledglassy,

vitreous,

or

noncrystalline.

These

have

noperiodic

order,

even

microscopically./wiki/Crystal3435晶體、多晶體與非晶體Acrystalisasol晶體與非晶體的微觀結(jié)構(gòu)差異晶體與非晶體本質(zhì)上的差異在于其微觀

結(jié)

構(gòu)

中

，

原

子（離子）的排列是否具有周期性3536晶體與非晶體的微觀結(jié)構(gòu)差異晶體與非晶體本質(zhì)3536晶體與非晶體的宏觀性質(zhì)區(qū)別多面體外形并不是區(qū)分晶體和非晶體的必要根據(jù)是否透明、有光澤也不是區(qū)分晶體和非晶體的根據(jù)晶體具有固定的熔點(diǎn)，非晶體則沒(méi)有3637晶體與非晶體的宏觀性質(zhì)區(qū)別多面體外形并不是區(qū)分晶體和非晶體晶體與非晶體的融化/glassresources/education/sustainabilityrecycling/section-22-glass-characteristi.html3738晶體與非晶體的融化/gl非晶體的應(yīng)用http://www.nakayama-steel.co.jp/menu/amorphous/index_e.html材料表面熔化后，以超急冷方式冷卻，在材料表面形成的非晶層。LiquidmetalCoatingsLLC（美國(guó)）公司生產(chǎn)的鐵基非晶涂層材料，非晶形成能力強(qiáng)，使用他們的產(chǎn)品制備的非晶涂層具有卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強(qiáng)度高、可后續(xù)加工（車、銷、磨、拋等），在石油化工、電力、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域已經(jīng)有許多工程應(yīng)用案例。3839非晶體的應(yīng)用http://www.nakayama-stee鉆石，金剛石diamond,C39(100)(110)(111)面的原子排列？3×3個(gè)周期40鉆石，金剛石diamond,C39(100)(110)(1鉆石GIA美國(guó)寶石研究院鉆石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

克拉重量(Carat)

顏色(Color)

凈度(Clarity)

切工(Cut)/zh-cn/the-diamond-4-cs.htm4041鉆石GIA美國(guó)寶石研究院鉆石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：http://gia4鉆石/wiki/diamonds/diamond-cut4142鉆石/wi42Thecutisthemostimportantvaluefactorbecausethebestcutqualitymakesthegreatestimpactonadiamond’sappearancecomparedtotheother4Cs:

CaratWeight,

DiamondClarity,and

DiamondColor.4342Thecutisthemostimportan石英和水晶石英(Quartz)的化學(xué)成分為SiO2SiO2有很多種結(jié)構(gòu)，晶態(tài)、無(wú)定形常見(jiàn)的石英是α-quartz無(wú)色透明的石英晶體稱水晶(rockcrystal,QuartzCrystal)，含有雜質(zhì)時(shí)顏色不一，紫色的稱紫水晶(amethyst)，黃褐色的稱煙晶(smokyquartz)、茶晶，黑色的稱墨晶(blackquartz)。/wiki/Silicon_dioxide4344石英和水晶石英(Quartz)的化學(xué)成分為SiO2無(wú)色透明水晶和玻璃玻璃的主要成分也是SiO2，水晶是純度很高的石英單晶體，而玻璃一般是含有雜質(zhì)的石英非晶體玻璃為了降低熔點(diǎn)一般會(huì)加入Na2CO3

K2CO3

CaO，，/wiki/%E7%8E%BB%E7%92%834445水晶和玻璃玻璃的主要成分也是SiO2，水晶是純度很高的石英高鉛玻璃（水晶玻璃、人造水晶）施華洛世奇Swarovski(含PbO

32%)高鉛玻璃：玻璃中加入Pb，會(huì)增加折射系數(shù)，提高白度，使得看起來(lái)更接近水晶(“水晶玻璃，人造水晶”，含PbO

24%以上)4546高鉛玻璃（水晶玻璃、人造水晶）施華洛世奇Swarovski(硼硅玻璃(borosilicateglass)硼硅玻璃具有低膨脹率、耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高透光率和高化學(xué)穩(wěn)定性4647硼硅玻璃(borosilicateglass)硼硅玻璃具鋁硅玻璃大猩猩玻璃(GorillaGlass)，是美國(guó)康寧公司(Corning)生產(chǎn)的環(huán)保型鋁硅鋼化玻璃，光滑度高、防刮擦、耐沖擊度差早期用于防彈玻璃，目前主要應(yīng)用于防刮劃性能要求高的高端智能手機(jī)、平板電腦、電視機(jī)屏幕4748鋁硅玻璃大猩猩玻璃(GorillaGlass)，是美國(guó)康HowanIntel

CPU

is

created:Fro

mSandto

Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/48SiO249HowanIntelCPUiscreated:ht49Si片晶面及導(dǎo)電類型的標(biāo)記方法主平面：制造過(guò)程中晶圓便于固定位置及初步定位次平面：指示晶圓的導(dǎo)電性和結(jié)晶方向5049Si片晶面及導(dǎo)電類型的標(biāo)記方法主平面：制造過(guò)程中晶圓便于HowanIntel

CPU

is

created:Fro

mSandto

Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/5051HowanIntelCPUiscreated:htHowanIntel

CPU

is

created:Fro

mSandto

Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/5152HowanIntelCPUiscreated:ht準(zhǔn)晶體(quasicrystal)AHo-Mg-Zn

icosahedralquasicrystalformed

asadodecahedron,

the

dual

oftheicosahedronElectrondiffractionpattern

ofanicosahedralHo-Mg-Zn

quasicrystal/wiki/Quasicrystalhttp://www.ccp14.ac.uk/ccp/web-mirrors/weber/~weber/qc.html5253二十面體十二面體準(zhǔn)晶體(quasicrystal)AHo-Mg-Znic生命世界中的五重對(duì)稱性.uk/natnum.html5354生命世界中的五重對(duì)稱性http://www.medlockafor

his

discovery

of

quasicrystals,metallic

alloys

with

atomsarranged

in

orderly,

infinite,aperiodic,

crystal-like

patternswith

theoretically

forbidden(typically

5

fold)

symmetry."Itoldeveryone

who

wasready

tolistenthat

Ihadmaterialwithpentagonal

symmetry.

People

justlaughed

at

me,"5455forhisdiscoveryofquasicrysLinus

Pauling,1954,

Nobel

Prize

for

Chemistry.1962,

NobelPeace

Prize.Linus

Pauling

said,"Danny

Shechtman

istalkingnonsense.There

isnosuchthingasquasicrystals,onlyquasi-scientists."/story/2011/10/05/1022985/-Chemistry-Nobel:-Quasicrystals-Israeli-Found-New-Form-of-Matter-Imagined-in-Islamic-Art5556LinusPauling,LinusPaulingsa固體：大量原子的集體性質(zhì)固體物理研究的是大量原子結(jié)合在一起形成固體后所表現(xiàn)出來(lái)的集體性質(zhì)。固體的性質(zhì)與組成固體的原子、分子種類有關(guān)，但更重要的是與這些原子的空間排列方式、結(jié)合方式、相互作用力類型，特別是和原子形成固體后其價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。例如：無(wú)定形碳、石墨和金剛石都是由碳原子組成的，但碳原子空間排列和結(jié)合方式的差異，導(dǎo)致了其物理性質(zhì)的極端不同。5657固體：大量原子的集體性質(zhì)固體物理研究的是大量原子結(jié)合在一起固體物理的研究方法只有通過(guò)對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)和組成固體微觀粒子之間的相互作用及運(yùn)動(dòng)機(jī)制的研究才能理解固體的性質(zhì)。此外，固體物理研究的對(duì)象固體既是力學(xué)系統(tǒng)、又是熱學(xué)系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)，而組成固體的微觀粒子又必須服從量子力學(xué)規(guī)律，所以固體物理是一門綜合科學(xué)，需要綜合運(yùn)用各種理論工具，從不同角度、不同側(cè)面去研究實(shí)際固體的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而全面地解釋固體的各種性質(zhì)。5758固體物理的研究方法只有通過(guò)對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)和組成固體微觀粒子從固體物理到凝聚態(tài)物理固體物理學(xué)奠基于1930年代；（量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)后的若干年）到1940年，固體物理學(xué)的主干已建立；（結(jié)構(gòu)晶體學(xué)、晶格動(dòng)力學(xué)、固體能帶理論、固體磁性理論）1940年，Seitz《近代固體理論》標(biāo)志固體物理學(xué)進(jìn)入成年期；1950年代，隨著晶體管的發(fā)明，固體物理學(xué)蓬勃興旺，研究范圍大為擴(kuò)張，并得到廣泛應(yīng)用；5859從固體物理到凝聚態(tài)物理固體物理學(xué)奠基于1930年代；（量子從固體物理到凝聚態(tài)物理1970年代之后，“固體物理學(xué)”這一名詞越來(lái)越多被“凝聚態(tài)物理學(xué)”所取代；1967年，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室Philip

Anderson和VolkerHeine將他們研究組名從“Solid-State

Theory”

改為“Theory

ofCondensed

Matter”；1978年，美國(guó)物理學(xué)會(huì)“Division

of

Solid

State

Physics”改為“Division

of

Condensed

Matter

Physics”;研究對(duì)象的擴(kuò)大（從固體擴(kuò)展到液體以及其它凝聚態(tài)物質(zhì)）；概念體系的變遷和轉(zhuǎn)移（元激發(fā)、對(duì)稱破缺、多體效應(yīng)等）；5960從固體物理到凝聚態(tài)物理1970年代之后，“固體物理學(xué)”這一CondensedmatterphysicsCondensed

matter

physics

is

a

branch

of

physics

thatdeals

with

the

physical

properties

of

condensed

phasesof

matter.Condensed

matter

physicists

seek

to

understand

thebehavior

of

these

phases

by

using

physical

laws.

Inparticular,

these

include

the

laws

of

quantum

mechanics,electromagnetism

and

statistical

mechanics.The

most

familiar

condensed

phases

are

solids

andliquids,

while

more

exotic

condensed

phases

include

thesuperconducting

phase

exhibited

by

certain

materials

atlow

temperature,

the

ferromagnetic

andantiferromagnetic

phases

of

spins

on

atomic

lattices,

andthe

Bose–Einstein

condensate

found

in

cold

atomicsystems./wiki/Condensed_matter_physics6061CondensedmatterphysicsConde固體物理和凝聚態(tài)物理的核心問(wèn)題Howthelarge-scalepropertiesof（solidorcondensed）materialsresultfromtheiratomic-scaleproperties？從原子到固體（1023量級(jí)數(shù)目的原子）；原子間電磁相互作用為主要相互作用；研究基礎(chǔ)：電磁學(xué)、量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理6162固體物理和凝聚態(tài)物理的核心問(wèn)題Howthelarge-固體物理學(xué)課程介紹621固體物理學(xué)課程介紹11課程概要固體物理基礎(chǔ)

SolidStatePhysics課程屬性：

專業(yè)核心課

學(xué)時(shí)/學(xué)分：

72/4預(yù)修課程：

量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)目的和要求:本課程為物理學(xué)與電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生的專業(yè)核心課。主要內(nèi)容包括固體物理的基本理論和基本知識(shí)，介紹晶體的結(jié)構(gòu)和結(jié)合方式；研究固體的熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等基本物理性質(zhì)的普遍規(guī)律。要求學(xué)生掌握固體物理的基本概念和基本理論，并將其靈活地應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料和納米科學(xué)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。634課程概要固體物理基礎(chǔ)SolidStatePhysic課程主要內(nèi)容第一章

晶體結(jié)構(gòu)單晶、準(zhǔn)晶和非晶；晶格；晶格的對(duì)稱性和點(diǎn)群、空間群；常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)；倒格子和布里淵區(qū)；晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；X射線衍射條件、基元的幾何結(jié)構(gòu)因子及原子形狀因子。第二章

固體的結(jié)合和類型離子性結(jié)合、共價(jià)結(jié)合、金屬性結(jié)合、范德瓦爾斯結(jié)合；金屬、離子晶體、共價(jià)晶體、分子晶體；團(tuán)簇和低維固體。645課程主要內(nèi)容第一章晶體結(jié)構(gòu)單晶、準(zhǔn)晶和非晶；晶格；晶格的課程主要內(nèi)容第三章

晶格振動(dòng)簡(jiǎn)諧晶體的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)；簡(jiǎn)諧晶體的量子理論；聲子、聲子態(tài)密度、晶格比熱；非簡(jiǎn)諧效應(yīng)，熱傳導(dǎo)，熱膨脹；晶格振動(dòng)譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法。第四章

金屬電子論金屬自由電子氣體模型；費(fèi)米統(tǒng)計(jì)和電子熱容量；金屬的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率；泡利順磁性；第五章

能帶理論布洛赫定理；近自由電子近似；緊束縛近似；能帶和能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法；費(fèi)米面和態(tài)密度；費(fèi)米面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量；656課程主要內(nèi)容第三章晶格振動(dòng)簡(jiǎn)諧晶體的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)；簡(jiǎn)諧晶體的課程主要內(nèi)容第六章

晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)經(jīng)典近似，恒定電場(chǎng)、磁場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋；回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應(yīng)；霍爾效應(yīng)和磁阻。第七章

半導(dǎo)體電子論半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體中的雜質(zhì)；半導(dǎo)體中的載流子和電導(dǎo)；PN結(jié)及其應(yīng)用。667課程主要內(nèi)容第六章晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)參考書固體物理參考書黃昆編著，《固體物理學(xué)》，高等教育出版社，Kittel,

C.,Introduction

to

Solid

State

Physics

(8th,Ed.),John

Wiley

&Sons,Inc.,2004;基泰爾著，項(xiàng)金鐘、吳興惠譯，《固體物理導(dǎo)論》(原著第8版)，化學(xué)工業(yè)出版社，2011年。量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理參考書1.周世勛，《量子力學(xué)教程》，高等教育出版社，1979年；2.曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)導(dǎo)論》（第二版），北京大學(xué)出版社，1998年；曾謹(jǐn)言，《量子力學(xué)》（卷I）（第四版），科學(xué)出版社，2004年.2.汪志誠(chéng)，《熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理》（第四版），高等教育出版社，2012年.6781988.參考書固體物理參考書黃昆編著，《固體物理學(xué)》，高等教育出版美國(guó)大學(xué)開(kāi)放課程MIT開(kāi)放課程：/Harvard在線學(xué)習(xí)Yale開(kāi)放課程/CarnegieMellonUniversity開(kāi)放/689美國(guó)大學(xué)開(kāi)放課程MIT開(kāi)放課程：79MOOC（Massiveopenonlinecourse）edX/Coursera//Udacity//可汗學(xué)院/6910MOOC（Massiveopenonlinecours國(guó)內(nèi)開(kāi)放課程愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)精品開(kāi)放課程官方網(wǎng)站）/中國(guó)大學(xué)MOOC/7011國(guó)內(nèi)開(kāi)放課程愛(ài)課程（中國(guó)大學(xué)精品開(kāi)放課程官方網(wǎng)站）http國(guó)內(nèi)MOOC果殼網(wǎng)MOOC/學(xué)堂在線MOOC中國(guó)（搜集整理平臺(tái)）/7112國(guó)內(nèi)MOOC果殼網(wǎng)MOOC1012商業(yè)網(wǎng)站網(wǎng)易公開(kāi)課

搜狐課堂

/新浪公開(kāi)課

/優(yōu)酷公開(kāi)課

/open7213商業(yè)網(wǎng)站網(wǎng)易公開(kāi)課其他學(xué)習(xí)資源G（）

（維基英文版）科學(xué)網(wǎng)論壇

小木蟲(chóng)論壇

m上述資源適用于各門課程的學(xué)習(xí)以及未來(lái)的科研工作7314其他學(xué)習(xí)資源上述資源適用于1214什么是固體物理學(xué)？

固體物理學(xué)solidstatephysics研究對(duì)象：固體（晶體）。研究?jī)?nèi)容：與普通物理不同，它的重點(diǎn)不在于描述固體的宏觀物理性質(zhì)，而是去闡明和理解固體的宏觀性質(zhì)的由來(lái)。主要集中在原子尺度的結(jié)構(gòu)排列如何決定體系宏觀性質(zhì)上。從而找出控制、利用、改善這些性質(zhì)的方法。研究手段：通過(guò)量子力學(xué)、結(jié)晶學(xué)、電磁學(xué)及冶金學(xué)。它是材料科學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，例如晶體管和半導(dǎo)體器件，都是固體物理學(xué)發(fā)展的直接成果。From

/wiki/Solid-state_physics7415什么是固體物理學(xué)？固體物理學(xué)solidstatep什么是固體？

Thesolid

state

of

matter

ischaracterizedbyadistinctstructural

rigidity

andresistance

to

deformation

(thatischangesofshapeand/orvolume).

MostsolidshavehighvaluesbothofYoung's

modulus

andoftheshear

modulus

of

elasticity.Thiscontrastswithliquids

or

fluids,whichhavezero

static

shear

modulusandexhibitthecapacityformacroscopicviscousflow.From

/wiki/Solid7516什么是固體？Thesolidstateofmat說(shuō)明：固體物理研究的不是單個(gè)原子的性質(zhì)，而是大量原子組成在一起形成固體后所表現(xiàn)出來(lái)的集體性質(zhì)。因此只有通過(guò)對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)和組成固體微觀粒子之間的相互作用及運(yùn)動(dòng)機(jī)制的研究才能理解固體的性質(zhì)。?例如：性質(zhì)完全不同的無(wú)定形碳、石墨和金剛石都是由相同的碳原子組成的，是碳原子空間排列和結(jié)合方式的差異帶來(lái)了其物理性質(zhì)的極端不同。兩次Nobel物理獎(jiǎng)獲得者巴丁(J.Bardeen)說(shuō)：固體物理學(xué)依據(jù)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)來(lái)了解固體的各種性質(zhì)。7617說(shuō)明：1517物質(zhì)的狀態(tài)7718Wateriswater,unlessitheatsup.Whirl.Swirl.Watchitcurlby.Steamissteam,unlessitcoolshigh.物質(zhì)的狀態(tài)1618Wateriswater,unles物質(zhì)的狀態(tài)7819熔點(diǎn)-218.4℃沸點(diǎn)-183℃在常壓下,液氮溫度為-196℃物質(zhì)的狀態(tài)1719熔點(diǎn)-218.4℃沸點(diǎn)-183℃在常壓下,物質(zhì)的狀態(tài)7920物質(zhì)的狀態(tài)1820plasmalamp8021plasmalamp1921aurora8122aurora2022Plasma

Display8223PlasmaDisplay2123Plasma

Display8324PlasmaDisplay2224LiquidCrystal

Display8425LiquidCrystalDisplay2325LiquidCrystal

Display8526LiquidCrystalDisplay2426軟物質(zhì)(softmatter)

Soft

matter

isasubfieldofcondensed

mattercomprisingavarietyofphysicalstatesthatareeasilydeformedbythermalstressesorthermalfluctuations.

Theyincludeliquids,

colloids,

polymers,

foams,

gels,granular

materials,

and

a

number

of

biologicalmaterials./wiki/Soft_matterThe

Nobel

Prize

in

Physics

1991

was

awarded

toPierre-Gilles

de

Gennes

"for

discovering

thatmethods

developed

for

studying

order

phenomenain

simple

systems

can

be

generalized

to

morecomplex

forms

of

matter,

in

particular

to

liquidcrystals

and

polymers".“foundingfatherofsoftmatter”8627軟物質(zhì)(softmatter)Softmatter固體與晶體石蠟橡膠

A

crystal

or

crystalline

solid

is

a

solid

materialwhose

constituent

atoms,

molecules,

or

ions

arearranged

in

an

ordered

pattern

extending

in

all

threespatial

dimensions.

In

addition

to

their

microscopic

structure,

largecrystals

are

usually

identifiable

by

their

macroscopicgeometrical

shape,

consisting

of

flat

faces

withspecific,

characteristic

orientations./wiki/Crystal8728固體與晶體石蠟橡膠Acrystalorcrysta身邊的晶體食鹽藍(lán)寶石紅寶石味精/AMuseum/crystal/index.html8829sapphireruby身邊的晶體食鹽藍(lán)寶石紅寶石味精http://amuseum.自然界的晶體藍(lán)鐵礦立方體形狀天然黃鐵礦Pyrite,FeS2桔紅色天然水晶/AMuseum/crystal/index.html8930vivianite,Fe3(PO4)2．(H2O)8crystal自然界的晶體藍(lán)鐵礦立方體形狀桔紅色http://amuseu人工合成的晶體人工石英人工石英人工石英KGdW晶體KTP晶體KTN晶體/AMuseum/crystal/index.html9031人工合成的晶體人工石英人工石英人工石英KGdW晶體KTP晶體晶體的外形與微觀結(jié)構(gòu)9132晶體的外形與微觀結(jié)構(gòu)3032單晶冰糖和多晶冰糖/AMuseum/crystal/index.html9233單晶冰糖和多晶冰糖http://amuseum.cdstm.身邊的多晶體石頭石頭硬幣螺釘瓷器陶器/AMuseum/crystal/index.htmlalloy高嶺土粘土800-1000℃1200℃9334上釉身邊的多晶體石頭硬幣瓷器陶器http://amuseum.c9433晶體、多晶體與非晶體

A

crystal

is

a

solid

where

the

atoms

form

a

periodicarrangement.

In

polycrystal,

each

of

the

small

crystals

is

a

true

crystalwith

a

periodic

arrangement

of

atoms,

but

the

wholepolycrystal

does

not

have

a

periodic

arrangement

ofatoms.

Most

macroscopic

inorganic

solids

are

polycrystalline,including

almost

all

metals,

ceramics,

ice,

rocks,

etc.

Solids

that

are

neither

crystalline

nor

polycrystalline,such

as

glass,

are

called

amorphous

solids,

also

calledglassy,

vitreous,

or

noncrystalline.

These

have

noperiodic

order,

even

microscopically./wiki/Crystal9535晶體、多晶體與非晶體Acrystalisasol晶體與非晶體的微觀結(jié)構(gòu)差異晶體與非晶體本質(zhì)上的差異在于其微觀

結(jié)

構(gòu)

中

，

原

子（離子）的排列是否具有周期性9636晶體與非晶體的微觀結(jié)構(gòu)差異晶體與非晶體本質(zhì)3536晶體與非晶體的宏觀性質(zhì)區(qū)別多面體外形并不是區(qū)分晶體和非晶體的必要根據(jù)是否透明、有光澤也不是區(qū)分晶體和非晶體的根據(jù)晶體具有固定的熔點(diǎn)，非晶體則沒(méi)有9737晶體與非晶體的宏觀性質(zhì)區(qū)別多面體外形并不是區(qū)分晶體和非晶體晶體與非晶體的融化/glassresources/education/sustainabilityrecycling/section-22-glass-characteristi.html9838晶體與非晶體的融化/gl非晶體的應(yīng)用http://www.nakayama-steel.co.jp/menu/amorphous/index_e.html材料表面熔化后，以超急冷方式冷卻，在材料表面形成的非晶層。LiquidmetalCoatingsLLC（美國(guó)）公司生產(chǎn)的鐵基非晶涂層材料，非晶形成能力強(qiáng)，使用他們的產(chǎn)品制備的非晶涂層具有卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強(qiáng)度高、可后續(xù)加工（車、銷、磨、拋等），在石油化工、電力、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域已經(jīng)有許多工程應(yīng)用案例。9939非晶體的應(yīng)用http://www.nakayama-stee鉆石，金剛石diamond,C100(100)(110)(111)面的原子排列？3×3個(gè)周期40鉆石，金剛石diamond,C39(100)(110)(1鉆石GIA美國(guó)寶石研究院鉆石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

克拉重量(Carat)

顏色(Color)

凈度(Clarity)

切工(Cut)/zh-cn/the-diamond-4-cs.htm10141鉆石GIA美國(guó)寶石研究院鉆石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：http://gia4鉆石/wiki/diamonds/diamond-cut10242鉆石/wi103Thecutisthemostimportantvaluefactorbecausethebestcutqualitymakesthegreatestimpactonadiamond’sappearancecomparedtotheother4Cs:

CaratWeight,

DiamondClarity,and

DiamondColor.4342Thecutisthemostimportan石英和水晶石英(Quartz)的化學(xué)成分為SiO2SiO2有很多種結(jié)構(gòu)，晶態(tài)、無(wú)定形常見(jiàn)的石英是α-quartz無(wú)色透明的石英晶體稱水晶(rockcrystal,QuartzCrystal)，含有雜質(zhì)時(shí)顏色不一，紫色的稱紫水晶(amethyst)，黃褐色的稱煙晶(smokyquartz)、茶晶，黑色的稱墨晶(blackquartz)。/wiki/Silicon_dioxide10444石英和水晶石英(Quartz)的化學(xué)成分為SiO2無(wú)色透明水晶和玻璃玻璃的主要成分也是SiO2，水晶是純度很高的石英單晶體，而玻璃一般是含有雜質(zhì)的石英非晶體玻璃為了降低熔點(diǎn)一般會(huì)加入Na2CO3

K2CO3

CaO，，/wiki/%E7%8E%BB%E7%92%8310545水晶和玻璃玻璃的主要成分也是SiO2，水晶是純度很高的石英高鉛玻璃（水晶玻璃、人造水晶）施華洛世奇Swarovski(含PbO

32%)高鉛玻璃：玻璃中加入Pb，會(huì)增加折射系數(shù)，提高白度，使得看起來(lái)更接近水晶(“水晶玻璃，人造水晶”，含PbO

24%以上)10646高鉛玻璃（水晶玻璃、人造水晶）施華洛世奇Swarovski(硼硅玻璃(borosilicateglass)硼硅玻璃具有低膨脹率、耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高透光率和高化學(xué)穩(wěn)定性10747硼硅玻璃(borosilicateglass)硼硅玻璃具鋁硅玻璃大猩猩玻璃(GorillaGlass)，是美國(guó)康寧公司(Corning)生產(chǎn)的環(huán)保型鋁硅鋼化玻璃，光滑度高、防刮擦、耐沖擊度差早期用于防彈玻璃，目前主要應(yīng)用于防刮劃性能要求高的高端智能手機(jī)、平板電腦、電視機(jī)屏幕10848鋁硅玻璃大猩猩玻璃(GorillaGlass)，是美國(guó)康HowanIntel

CPU

is

created:Fro

mSandto

Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/109SiO249HowanIntelCPUiscreated:ht110Si片晶面及導(dǎo)電類型的標(biāo)記方法主平面：制造過(guò)程中晶圓便于固定位置及初步定位次平面：指示晶圓的導(dǎo)電性和結(jié)晶方向5049Si片晶面及導(dǎo)電類型的標(biāo)記方法主平面：制造過(guò)程中晶圓便于HowanIntel

CPU

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Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/11151HowanIntelCPUiscreated:htHowanIntel

CPU

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Silicon/aid,689436/How-an-Intel-CPU-is-created-From-Sand-to-Silicon-Making-of-a-Chip/News/11252HowanIntelCPUiscreated:ht準(zhǔn)晶體(quasicrystal)AHo-Mg-Zn

icosahedralquasicrystalformed

asadodecahedron,

the

dual

oftheicosahedronElectrondiffractionpattern

ofanicosahedralHo-Mg-Zn

quasicrystal/wiki/Quasicrystalhttp://www.ccp14.ac.uk/ccp/web-mirrors/weber/~weber/qc.html11353二十面體十二面體準(zhǔn)晶體(quasicrystal)AHo-Mg-Znic生命世界中的五重對(duì)稱性.uk/natnum.html11454生命世界中的五重對(duì)稱性http://www.medlockafor

his

discovery

of

quasicrystals,metallic

alloys

with

atomsarranged

in

orderly,

infinite,aperiodic,

crystal-like

patternswith

theoretically

forbidden(typically

5

fold)

symmetry."Itoldeveryone

who

wasready

tolistenthat

Ihadmaterialwithpentagonal

symmetry.

People

justlaughed

at

me,"11555forhisdiscoveryofquasicrysLinus

Pauling,1954,

Nobel

Prize

for

Chemistry.1962,

NobelPeace

Prize.Linus

Pauling

said,"Danny

Shechtman

istalkingnonsense.There

isnosuc