2016固體物理基礎(chǔ)概論

固

體

物

理

基

礎(chǔ)Evaluation

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Ltd.主講教師：孫會元進入方式2：學校主頁—機構(gòu)設(shè)置—黨政機構(gòu)—教務(wù)處—網(wǎng)絡(luò)教學平臺—課程展示—物理科學與信息工程學院—固體物理進入方式1：學校主頁—校內(nèi)資源—網(wǎng)絡(luò)教學（或?qū)W分制選課系統(tǒng)—網(wǎng)絡(luò)教學—BB平臺）課程內(nèi)容鏈接地址教學網(wǎng)頁1：學院的教學網(wǎng)站地址：33/gtwl/kcjs.html教學網(wǎng)頁2：教務(wù)處的Ev網(wǎng)al絡(luò)ua教ti學on平on臺ly.ated

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Ltd.緒

論一、固體物理基礎(chǔ)的內(nèi)容二、固體物理基礎(chǔ)E的va地lua位tion

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Pro三、如何C學op好yr固igh體t

物200理4-學2011

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Ltd.四、參考書目一、固體物理基礎(chǔ)的內(nèi)容1．概念固體物理學是研究固體的性質(zhì)、它的微觀結(jié)構(gòu)及其各種內(nèi)部運動，以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運動同固體的宏觀E性va質(zhì)lu的at關(guān)io系n

o的nl學y.科。ated

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Pro固體通常Co指py在ri承g(shù)h受t切20應(yīng)04力-2時01具1

A有sp一os定e

程Pt度y

L剛td.性的物質(zhì)，在壓強和溫度一定，且無外力作用時，它的形狀和體積保持不變。包括晶體、準晶體和非晶體。組成晶態(tài)固體的粒子在空間周期性排列,具有長程序,它的對稱性是破缺的。的對稱性。固體物理的研究對象以晶體為主。非晶體與晶體相反，其組成粒子在空間的分布是完全無序或僅僅具有短程序,具有高度Evaluation

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Pro準晶介于Co晶py體ri和gh非t

2晶00體4-之20間11，A粒sp子os在e

P空ty間Ltd.分布有序，但不具有周期性，僅僅具有長程的取向序。Evaluation

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Ltd.Evaluation

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3.準5晶Client

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Ltd.2.固體物理學的基本任務(wù)：是企圖從微觀上去解釋固體材料的宏觀物性，并闡明其規(guī)律。3.

固體物理的學習目的：2）固體物理基礎(chǔ)強調(diào)對固體物理學的科學方法、物理圖象以及模型建立的理解。要求掌握固體物理學的基本概念、基本模型和方法并了解它們在各類技術(shù)中的應(yīng)用。固體物理是建立在周期性和單粒子近似下的簡單理論。Evaluation

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Pro1）進一步C熟op悉yr以ig前h所t所2學00理4論-2物01理1（As量po子s力e

P學t、y

L熱t(yī)統(tǒng)d統(tǒng).等）知識的作用。3）固體物理學是凝聚態(tài)物理學、微電子技術(shù)、光電子學技術(shù)、能源技術(shù)、材料科學等技術(shù)學

科的基礎(chǔ)，所以希望通過本課程的學習，掌握

從事凝聚態(tài)物理和材料物理研究工作的起碼的

基礎(chǔ)，以及進一步學E習va固lu體at理io論n

和on凝ly聚.態(tài)物理a學t學e所d所w需it要h

A的sp基os本e.概Sl念id和es知f識or。.NET

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Ltd.4．固體物理的基本問題和研究內(nèi)容1）固體物理學的基本問題簡單地說，固體物理學的基本問題有：固體中，電子和原子取什么樣的具體的運動形固體是由什么原子組成？它們是怎樣排列和結(jié)合的？這種結(jié)構(gòu)是如何形成的？在特定的Evaluation

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Pro態(tài)？它的宏Co觀py性ri質(zhì)gh和t

內(nèi)20部04的-2微01觀1

A運sp動os形e

態(tài)Pt有y

L什td.么聯(lián)系？各種固體有哪些可能的應(yīng)用？如何設(shè)計和制備自然界中不存在的固體材料并具有奇異的物性？2）固體物理涉及的內(nèi)容有：Evaluation

only.晶體學物理、非晶態(tài)物理、金屬物理、半導體物理、相變物理、電介質(zhì)物理、磁性物理、低溫物理、高壓物理、超導體物理、表面物at理ed、wi納th米A電sp子os學e.等Sl。ides

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Pro5．固體物C理op的yr建ig立ht和2發(fā)00展4-2011

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Ltd.固體物理學科的建立和發(fā)展體現(xiàn)在了下面幾個方面：1）晶體結(jié)構(gòu)的認知；6）相變的研究；固體磁性；超導現(xiàn)象的認識和發(fā)展；半導體物理的研究及無序系統(tǒng)和一些新的進展等晶體結(jié)合的認知；晶格振動和固體比熱容的認識和發(fā)展；缺陷的認知；固體電子論的發(fā)展Ev；aluation

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Ltd.學——研究與應(yīng)用的進展》，以便收集各分支最新進展的綜述，一致持續(xù)到今天。我國的老一輩科學家黃昆、程開甲等最早在國內(nèi)開展了固體物理課程上述不同方面的研究成果導致了固體物理的誕生。1940年，塞茲(Seitz)的專著《近代固體理論》為以后的固體物理學教材提供了樣板。之后，伴隨著固體物理E學va的lu迅at猛io發(fā)n

o展nl，y.他們從at1e9d55w5i年th開A始sp，os幾e.乎Sl每id年es都fo要r出.N一ET本3.《5固Cl體ie物nt理ProCopyright

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Ltd.接觸固體物理的學生來說，感到很困惑，摸不著頭緒。有沒有可能找到一條主線，把散落的知識點聯(lián)系在一起呢？從固體物理的發(fā)展可以看出，固體物理包含的內(nèi)容非常廣泛。國內(nèi)外多數(shù)的固體物理教材都是按照固體物理的發(fā)展順序編排的。各章節(jié)之間缺少聯(lián)Ev系al，ua就ti好on像on散ly落.的珍珠at一ed樣w，it缺h

A少sp一os條e.主Sl線id把es它f們or串.N起ET來3，.5這Cl對ie初nt次ProCopyright

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Ltd.以固體電子論的發(fā)展為主線可以把散落的知識點聯(lián)系在一起。而要考慮離子實和電子的相互作用，就必須知道離子實在晶體中的排列方式。由此引入第二章晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。有了晶體結(jié)構(gòu)的知識以后，就可以修改自由電子模型了。在周期勢單電子近似下，晶體電子的能譜呈現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)，從而引入第三章能帶論的內(nèi)容。首先從金屬的自由電子論講起，在領(lǐng)略該模型的巨大成功時也要知道該模型的不足。并指出這些不足就是由于忽略了離子實和電子之間的相互作用導致的，為此必須加以修正。Evaluation

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Ltd.在能帶論的講述中，通過絕熱近似使學生認識到晶格體系和電子體系可以分開處理，為第四章的晶格振動打下伏筆。通過金屬、半導體的電、熱、光輸運特性，尤其是電阻的產(chǎn)生機制，為第六章晶體結(jié)合、晶體缺陷和相圖的引入做好鋪墊。這樣，就以固體電子論的發(fā)展為主線把各個知識點結(jié)合在了一起。通過晶格振動的講述引入聲子概念，從而可以用電子、聲子來描述固體E中va的l輸ua運ti問on題o了nl，y這.就是第五at章ed固w體it輸h運As現(xiàn)p象os的e.內(nèi)Sl容i。d。es

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Ltd.而且從教學進度來說，采取這樣的體系編排，科學、有效。因為第一、二兩章的內(nèi)容，相對容易理解，容易入門。而第三章能帶論作為固體物理最重要且最難的內(nèi)容，E恰va好lu處at在io一n

o個nl學y.期的中間ated

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Pro。此時，學Co生py對ri教gh師t

的20講04課-2風01格1

A也sp已os經(jīng)e

適Pt應(yīng)y

L了td.，而且精力集中，易于消化難點。到了期末，接近考試了，此時介紹晶體結(jié)合、晶體缺陷等學生可以自學的內(nèi)容，自然輕松合理。6.教材內(nèi)容和學時分配第一章

金屬自由電子費米氣體模型(10學時)第三章第四章第五章

輸運現(xiàn)象

(5學時)第六章

晶體的結(jié)合、晶體缺陷和相圖(5學時)第二章

晶體的結(jié)構(gòu)

(19學時)能帶論

(23E學va時lu)ation

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Pro晶Co格py振ri動ght(120學04時-2)011

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Ltd.7.教學要求掌握金屬自由電子模型的內(nèi)容并學會利用該模型對金屬的電、熱、光等物性進行分析；掌握晶體的結(jié)構(gòu)特點、晶格的特征、晶體對稱性和分類、倒格子以及XE射va線lu衍at射i；on

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Pro掌握固C體o能py帶ri論gh的t基20本0內(nèi)4-容20、11布A洛sp赫os定e理Pt、y會Lt利d用.近自由電子近似和緊束縛近似方法討論能帶的形成；掌握一維晶體振動模式的色散關(guān)系，晶格振動的量子化、聲子的概念、會用愛因斯坦模型和德拜模型解釋固體的比熱性質(zhì)以及確定振動譜的實驗方法；5)

了解固體的輸運現(xiàn)象；掌握晶體的結(jié)合類型和結(jié)合性質(zhì)；掌握晶體的缺陷類型，晶體缺陷的熱力學統(tǒng)計數(shù)目；8)

了解熱缺陷的運動、產(chǎn)生和復(fù)合以及缺陷擴散的9)了解相圖8

固體物理與現(xiàn)代科技Evaluation

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Pro微觀機制，C熱o缺py陷ri在gh外t力20下04的-運20動11；Aspose

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Ltd.日本京都大學SPM(Scanning

Probe

Microscopy)精工制造Evaluation

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Ltd.美國Veeco

DI

SPMSPM(Scanning

Probe

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Ltd.不同放大倍數(shù)下的蝴蝶翅膀Evaluation

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Ltd.超薄AAO的結(jié)構(gòu)色Evaluation

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Ltd.石墨烯

GrapheneEvaluation

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Ltd.Evaluation

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Ltd.這是目前

世界上最

薄的材料，僅有一個是物理學曼徹斯特大學最近公布的波紋式的石墨烯薄片示意圖Ultra-Thin

MaterialEvaluation

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3.5和C材li料en學t

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Aspo的s的e熱Pt門y話Ltd.題Evaluation

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Ltd.超導磁懸浮Magnetic

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EffecEvaluation

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Ltd.包鈷氧化鐵鐵合金鋇鐵氧體0.2

mEvaluation

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Ltd.CrO2計算機的硬盤Evaluation

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Ltd.計算機的硬盤Evaluation

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Ltd.2007年諾貝爾物理學獎---巨磁電阻效應(yīng)（GMR)Evaluation

only.a德t德e國d科wi學t家h彼As得p·os格e林.S貝l格id爾es

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Ltd.磁渦旋核結(jié)構(gòu)（Magnetic

Vortex

core)Evaluation

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Ltd.Magnetic

PropertyMeasurement

SystemQuantum

Design(MPMS).Evaluation

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Ltd.電子束刻蝕設(shè)備EBEvaluation

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Ltd.由于固體物理本身是微電子技術(shù)、光電子學技術(shù)、能源技術(shù)、材料科學等技術(shù)學科的基礎(chǔ)，也由于固體物理學科內(nèi)在的因素，固體物理的研究論文已占物E理va學lu中at研io究n

o論nl文y.三分之一at以ed上wi。th

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Ltd.同時，固體物理學的成就和實驗手段對物理化學、催化學科、生命科學、地學等的影響日益增長，正在形成新的交叉領(lǐng)域。凝聚態(tài)物理專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程；碩士研究生和博士研究生入學的必考課程；二、固體物理基礎(chǔ)的地位磁性等的基礎(chǔ)；大學物理類專業(yè)、材料類專業(yè)的基礎(chǔ)課。它是理論物理基礎(chǔ)之上的普通物理；Evaluation

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wi是th理As解po物se體.S導li電de、s

發(fā)f發(fā)o光r光.、NE發(fā)T

3熱.5、C超li導en、t

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Ltd.三、如何學好固體物理學?課上認真聽講；課下注意梳理；Evaluation

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及As時po掌se握.S；lides

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Ltd.適當作些習題充分利用網(wǎng)絡(luò)資源四、參考書目孫會元主編，固體物理基礎(chǔ)，科學出版社，2010黃昆原著、韓汝琦Ev改al編ua；ti固on體o物nl理y.學-高等at教ed育wi出th版A社sp,o1s9e8.8Slides

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Ltd.方俊鑫，陸棟；固體物理學（上冊、下冊）上?？萍汲霭嫔?，1981基泰爾（C.Kittel

5th

edition）著，楊順華等譯，固體物理導論，科學出版社，1979方可,胡述楠,張文彬

主編;固體物理學,重慶大學出版社,1993陳金福

主編

固體物理學—學習參考書

高等教育出版社,1986Evaluation

only.at7e.d宗w祥it福h

A，sp翁os渝e.民Sli編de著s

，fo材r.料NE物T

理3理.基5基C礎(chǔ)li，en復(fù)t

Pro旦大學出版Co社py，ri2g0h0t12.01024-2011

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Ltd.閻守勝.

2000.

固體物理基礎(chǔ).

北京：北京大學出版社韋丹著，固體物理-清華大學出版社,2003.610.

Yuri

M.

Galperin

，Introduction

to

Modern

Solid

State