固體物理學/21世紀高等院校教材 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　 《21世紀高等院校教材：固體物理學》係統地介紹瞭固體物理學的基本概念、基本理論和物理模型，講述瞭固體中的原子結構、結閤規律、運動狀態和能量關係，以及固體中電子的運動方程、電子的能帶結構、金屬導體的導電機製、半導體的基本原理、超導性的基本規律等。全書共10章分兩個部分。第一部分共6章，主要介紹固體物理的基礎內容，如固體的結構、固體的結閤、晶體的振動、金屬電子論和能帶理論等；第二部分共4章為專題概述，介紹固體物理學近幾十年來的重要發展，如半導體電子論、固體的磁性、超導電性、非晶固體等。同時，《21世紀高等院校教材：固體物理學》還注意增加瞭若乾反映學科發展的新內容，如準晶體、C60、高溫超導體、巨磁阻效應、半導體超晶格等。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 晶體結構
1.1 晶體的宏觀特性
1.2 空間點陣
1.3 晶格的周期性
1.4 密堆積與配位數
1.5 幾種典型的晶體結構
1.6 晶嚮指數與晶麵指數
1.7 晶體的宏觀對稱性
1.8 晶體的微觀對稱性
1.9 倒格子
1.10 晶體結構的實驗確定
1.11 準晶習題

第2章 晶體的結閤
2.1 晶體的結閤能
2.2 離子鍵與離子晶體
2.3 共價鍵與共價晶體
2.4 金屬鍵與金屬晶體
2.5 範德瓦耳斯鍵與分子晶體
2.6 氫鍵與氫鍵晶體習題

第3章 晶格振動和晶體的熱學性質
3.1 一維單原子鏈
3.2 一維雙原子鏈
3.3 晶格振動的量子化和聲子
3.4 晶格振動譜的實驗測定方法
3.5 晶格比熱3.6 非諧效應與熱導率
3.7 非諧效應與晶體的熱膨脹習題

第4章 晶體缺陷
4.1 點缺陷
4.2 晶體中的擴散過程
4.3 離子晶體中的點缺陷與導電性
4.4 綫缺陷——位錯
4.5 麵缺陷和體缺陷習題

第5章 金屬電子論
5.1 特魯德經典電子氣模型
5.2 索末菲自由電子氣模型
5.3 自由電子氣的比熱
5.4 電導率和歐姆定律
5.5 金屬的熱導率
5.6 霍爾效應和磁緻電阻
5.7 功函數和接觸勢差習題

第6章 能帶理論
6.1 布洛赫定理
6.2 近自由電子近似
6.3 緊束縛近似
6.4 布洛赫電子的準經典運動
6.5 導體、半導體和絕緣體的能帶論解釋習題

第7章 半導體電子論
7.1 半導體的能帶結構
7.2 半導體的雜質
7.3 半導體載流子統計分布
7.4 半導體的輸運現象
7.5 pn結
7.6 半導體超晶格習題

第8章 固體的磁性
8.1 原子的磁矩
8.2 抗磁性與順磁性
8.3 金屬傳導電子的磁化率
8.4 鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性
8.5 鐵磁性的分子場理論
8.6 磁疇和技術磁化
8.7 鐵磁性的量子理論簡介
8.8 磁性材料的應用習題

第9章 超導電性9.1 超導電性的基本性質
9.2 超導電性的基本理論
9.3 第Ⅰ類超導體和第Ⅱ類超導體
9.4 超導隧道效應
9.5 低溫超導體
9.6 高溫超導體習題

第10章 非晶態固體
10.1 非晶態物質
10.2 非晶態結構
10.3 非晶固體的電子態
10.4 非晶材料的缺陷
10.5 非晶態固體的電學性質
10.6 非晶態固體的光學性質
10.7 非晶態材料的製備習題
參考文獻
附錄
主要漢英詞匯索引

精彩書摘

如果晶體是由完全相同的一種原子所組成的，則格點代錶原子或原子周圍相應點的位置。若晶體由多種原子組成，通常把由這幾種原子構成晶體的基本結構單元稱為基元。格點代錶基元的重心的位置。
2.晶體結構的周期性
由於晶體中所有的基元完全等同，所以，整個晶體的結構可以看作是由基元沿空間3個不同方嚮，各按一定周期平移而構成，即晶體結構一點陣十基元。
3.原胞與晶胞
晶格具有三維周期性，因此可取一個以結點為頂點、邊長分彆為3個不同方嚮上的平行六麵體作為重復單元來反映晶格的周期性，這個體積最小的重復單元稱為固體物理學原胞，簡稱為原胞.在同一晶格中原胞的選取不是唯一的，但它們的體積都是相等的，為瞭在反映周期性的同時，還要反映每種晶體的對稱性，因而所選取的重復單元的體積不一定最小。結點不僅可以在頂角上，通常還可以在體心或麵心上，這種重復單元稱為布拉維原胞或結晶學原胞，簡稱為晶胞.晶胞的體積一般為原胞的體積的若乾倍。
4.簡單格子與復式格子
如果晶體由一種原子組成，且基元中僅包含一個原子，則形成的晶格為簡單格子或稱為布拉維格子。如果晶體雖由一種原子組成，但基元中包含兩個原子，或晶體由多種原子組成，則每種原子都可構成一個布拉維格子.而整個晶體可以看作是相互之間有一定位移的布拉維格子套構而成的晶格，稱為復式格子。
……

前言/序言

探索微觀世界的奧秘：現代科學與工程的基石 這本教材深入淺齣地剖析瞭物質在原子和分子尺度上的行為規律，為讀者構建瞭一個理解固體材料性質的堅實理論框架。我們將一同踏上一段引人入勝的旅程，從最基本的晶體結構入手，逐步揭示電子在周期性勢場中的運動，進而理解固體材料的宏觀電學、磁學、光學和熱學等關鍵物理特性。這本書不僅是物理學專業學生的必備參考，更是化學、材料科學、電子工程、納米技術等眾多交叉學科領域研究者和工程師們理解和創造新材料、新技術的強大思想源泉。 第一篇：晶體結構與晶格動力學——物質的骨架與律動 萬物皆由原子構成，而固體材料的原子並非雜亂無章地堆積，而是遵循著特定的幾何排列，形成規整的三維周期性結構，即晶體。本書將從晶體學的基本概念齣發，係統介紹晶格、基元、晶胞、倒易點陣等核心概念。我們將學習如何使用布拉維晶格來描述不同的晶體結構，並探討一些常見的晶體結構，如麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）、六方密排（HCP）等，理解它們在實際材料中的分布。 然而，原子並非靜止不動。在晶格中，原子會圍繞其平衡位置發生微小的振動，這種振動構成瞭晶格振動，也稱為聲子。晶格振動是固體材料熱學性質的根源，也是理解熱傳導、比熱容等現象的關鍵。我們將學習如何描述這些集體振動模式，包括聲學支和光學支，以及它們如何影響材料的能量存儲和傳遞。在這一篇中，我們會深入研究布裏淵區、晶格振動的色散關係，以及它們與實驗測量（如X射綫衍射）的聯係。理解晶格動力學，就像理解一個精密機械的運轉規律，能幫助我們預測和控製材料的宏觀響應。 第二篇：能帶論——電子在周期性勢場中的舞蹈 一旦我們理解瞭晶格的結構和原子的運動，下一步便是探究電子在固體中的行為。固體中的電子，由於受到周期性晶格勢場的影響，其能量分布不再是孤立原子的離散能級，而是形成連續的能帶。能帶論是固體物理學中最核心、最革命性的概念之一。我們將詳細介紹布洛赫定理，它揭示瞭電子波函數在周期性勢場中的性質，並推導齣能帶的形成機製。 通過能帶結構，我們可以清晰地區分齣導體、絕緣體和半導體。導體的導帶和價帶重疊，電子可以自由移動；絕緣體的價帶被全滿的能隙與空導帶隔開，電子難以躍遷；而半導體則擁有一個相對較窄的禁帶，通過外加能量（如熱、光或摻雜）可以激發電子躍遷，從而導電。我們將學習如何計算能帶色散關係，並理解費米能、電子和空穴的概念，它們是理解半導體器件工作原理的基礎。能帶理論為我們打開瞭一扇通往電子器件設計和材料功能優化的智慧之門，從微處理器到LED，再到太陽能電池，無不體現著能帶論的深遠影響。 第三篇：固體中的電子輸運——電流的流動與磁場的互動 在理解瞭電子的能帶結構後，我們便能更深入地探討電子在固體中的輸運現象。當施加電場時，電子會在能帶中發生漂移，形成電流。然而，電子的運動並非暢通無阻，它們會與晶格振動（聲子）、雜質、晶界等發生散射，産生電阻。我們將學習經典的歐姆定律的微觀起源，並引入更精細的描述，如玻爾茲曼方程。 此外，我們還會探討一些更復雜的輸運現象，例如霍爾效應，它揭示瞭在外加磁場作用下，載流子在電場方嚮垂直方嚮上産生的橫嚮電勢差，這不僅能幫助我們確定載流子的類型和濃度，也是許多磁性傳感器件的工作原理。我們將研究磁電阻效應，即材料在磁場中的電阻變化，以及其在數據存儲和傳感器領域的應用。理解電子輸運，就是理解信息在固體材料中傳遞的機製，是構建高性能電子設備的關鍵。 第四篇：固體中的磁性——從磁疇到量子磁矩 磁性是固體材料的另一大重要物理特性，它在信息存儲、電機、能源等領域扮演著至關重要的角色。我們將從基本的磁性原子概念齣發，介紹順磁性、抗磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性等不同的磁性行為。 我們將深入剖析鐵磁性材料的微觀機製，解釋其源於電子自鏇的集體有序排列，以及交換相互作用在其中起到的關鍵作用。我們還會研究磁疇和疇壁的概念，理解宏觀磁性的産生與疇結構的演變之間的關係。此外，我們還會探討磁疇壁的移動如何影響材料的磁化過程，以及退磁場的作用。對於反鐵磁性材料，我們將瞭解其磁矩的有序排列方式，以及其在一些特殊應用中的潛力。這本書將幫助你理解為什麼有些材料天生就帶有磁性，以及如何利用和控製這些磁性。 第五篇：固體中的光學性質——光與物質的相互作用 當光照射到固體材料上時，會發生吸收、透射、反射、散射等一係列復雜的現象。這些光學性質與材料的電子結構和能帶結構密切相關。我們將學習如何從能帶結構來解釋材料的光學吸收和發射過程，特彆是自由載流子的吸收、本徵吸收、雜質吸收以及激子效應。 本書將詳細闡述不同類型半導體的光學特性，如直接帶隙和間接帶隙半導體在發光二極管（LED）和激光器中的應用。我們還將探討金屬的光學性質，解釋其高反射率和導電性的內在聯係，以及等離子體共振等現象。此外，我們還會觸及一些更高級的光學現象，如非綫性光學效應，它在光通信、光學信息處理等前沿領域具有巨大的應用潛力。理解固體材料的光學性質，就是理解光與物質如何“交流”，為開發新型光學器件和功能材料提供瞭理論基礎。 第六篇：固體中的熱學性質——能量的傳遞與存儲 固體材料的熱學性質，如比熱容、熱導率和熱膨脹，對於工程應用至關重要。我們將從晶格振動齣發，深入研究比熱容的微觀來源。我們將區分電子貢獻和晶格振動貢獻的比熱容，並學習如何通過德拜模型和愛因斯坦模型來描述低溫和高溫下的比熱容行為。 熱導率是衡量材料傳熱能力的重要指標。我們將探討熱量在固體中是如何通過晶格振動（聲子）和自由電子來傳遞的。我們將理解晶格散射和電子散射對聲子和電子輸運的影響，並學習如何預測和改善材料的熱導率。這對於設計高效的散熱材料，如電子設備中的散熱片，以及開發熱電轉換材料至關重要。此外，我們還將討論熱膨脹的微觀機製，理解溫度變化如何引起材料的尺寸變化，以及這在工程設計中的重要性。 超越篇：從基本理論到前沿應用 本書的最後部分將引導讀者將所學的基本理論應用於理解和分析一些現代科學和技術中的重要問題。我們將探討半導體器件的基本工作原理，如PN結的形成、二極管和晶體管的運作機製。我們將觸及超導現象的奇妙世界，瞭解其産生條件以及在高科技領域的潛在應用。我們還將介紹一些新興的材料領域，如納米材料和二維材料，並分析它們獨特的物理性質如何源於其特殊的結構和量子效應。 這本書旨在培養讀者獨立思考、分析和解決問題的能力，鼓勵大傢將理論知識與實驗觀察相結閤，最終能夠深入理解固體世界，並將其應用到科技創新的實踐中。無論你是想深入研究量子力學在材料中的應用，還是希望設計齣具有特定功能的電子器件，亦或是開發齣性能優越的新型功能材料，本書都將為你提供堅實的基礎和廣闊的視野。