固体物理基础（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　本书主要介绍了晶体结构、晶体的结合、晶格振动、固体电子论、固体能带论、 晶体中的缺陷、晶体的导电性、 固体的介电性等固体物理学领域的基本内容，也是进一步学习半导体物理、电介质物理、磁性材料等课程的基础。

　　本书可作为电子科学与技术、材料科学与工程、光信息科学与技术、微电子学、应用物理学等专业的本科学生的专业基础课程教材，也可以作为相关专业工程技术人员的参考书和自学用书。

目录

第1章 晶体结构
1.1 晶体的宏观特性
1.2 晶体的微观结构
1.2.1 空间点阵与基元
1.2.2 初基原胞
1.2.3 惯用原胞
1.2.4 威格纳一赛兹原胞
1.3 晶体的基本类型
1.3.1 二维晶格
1.3.2 三维晶格
1.3.3 晶系
1.4 典型的晶体结构
1.4.1 氯化钠结构
1.4.2 氯化铯结构
1.4.3 金刚石结构
1.4.4 闪锌矿结构
1.4.5 密堆积结构
1.4.6 纤维锌矿结构
1.4.7 钙钛矿结构
1.4.8 方解石结构
1.4.9 黄铁矿结构
1.4.10 红镍矿和金红石结构
1.4.11 尖晶石结构
1.4.12 刚玉结构
1.4.13 石榴石结构
1.5 晶体的对称性
1.5.1 旋转对称性
1.5.2 扣心反演对称性
1.5.3 镜像操作
1.5.4 旋转反演操作
1.5.5 螺旋操作
1.5.6 滑移反映操作
1.6 晶面和晶面指数
1.6.1 格点指数
1.6.2 晶向指数
1.6.3 晶面指数
1.6.4 六角晶系的晶向指数和晶面指数
1.7 晶体的倒格子与布里渊区
1.7.1 倒格子基矢
1.7.2 布里渊区
1.7.3 典型晶格的倒格子与布里渊区的例子
1.8 晶体中的X光衍射
1.8.1 概述
1.8.2 衍射波的振幅与强度
1.8.3 决定散射的诸因素
1.8.4 产生衍射极大的条件
1.8.5 布拉格定律
1.8.6 劳厄方程
1.8.7 厄瓦尔德反射球
1.9 非晶态材料的结构
1.10 准晶态
1.11 群与晶体点阵的分类
1.11.1 群的概念
1.11.2 7个晶系和14种空间点阵
1.11.3 晶体结构的32种点群和230空间群
本章小结
思考题
习题
参考文献

第2章 晶体的结合
2.1 内能函数与晶体的性质
2.1.1 内能函数
2.1.2 晶体的性质
2.2 离子结合
2.2.1 离子结合的定义和特点
2.2.2 离子晶体的结合能
2.2.3 马德隆常数的计算
2.3 共价结合
……

第3章 晶格振动
第4章 固态电子论基础
第5章 固体能带论
第6章 晶体中的缺陷
第7章 晶体的导电性
第8章 固体的介电性

深入探索材料的微观世界：一本关于凝聚态物理前沿的导览 本书旨在为对凝聚态物理，特别是材料的宏观性质如何源于其微观结构和量子效应感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角。我们不再聚焦于晶体点阵的经典模型或简单的能带理论，而是将目光投向超越传统固体物理范畴的前沿领域，探讨那些塑造现代科技进步的复杂量子现象和新型材料。 本书的结构围绕几个核心主题展开：拓扑物质的奇特性质、强关联电子系统的复杂行为、低维与纳米结构中的量子限制效应，以及新型功能材料的物理学基础。 第一部分：超越布洛赫的束缚——拓扑电子学新篇章 本部分将彻底超越周期性势场下的布洛赫定理的经典描述，深入探究拓扑学概念如何重塑我们对电子态的理解。 第一章：拓扑不变量与材料分类 本章从数学基础开始，介绍同伦群、陈数和贝里相位等拓扑不变量在物理学中的应用。重点讨论如何利用这些不变量来区分电子能带的拓扑性质，而非仅仅依赖于能带结构的点群对称性。我们将详细分析拓扑绝缘体（TI）的理论构建，包括二维的$mathbb{Z}_2$拓扑不变量，以及如何通过时间反演对称性保护其边界态。 第二章：拓扑半金属与诺德结构 深入探讨狄拉克（Dirac）和外尔（Weyl）半金属。我们将详细解析能带色散关系中拓扑荷的概念，以及拓扑非平庸的能带结构如何导致线性色散和零能态（拓扑点）。针对外尔半金属，重点分析其表面态——拓扑鼓包（Fermi Arcs）的物理起源及其在霍尔效应中的体现。同时，讨论节线（Node-Line）半金属作为一维拓扑线缺陷的特殊性。 第三章：拓扑超导与马约拉纳零能模 聚焦于超导态与拓扑性质的交叉领域。本章详细介绍拓扑超导的分类，并集中讨论马约拉纳费米子（Majorana Fermions）的理论预测和实验探索。我们将分析在拓扑绝缘体/超导体异质结、或特定的铁基超导体中，如何期望观测到零偏压电导峰，以及这种准粒子在未来拓扑量子计算中的潜在应用。 第二部分：电子间的“战争”——强关联电子系统 传统固体物理往往基于单电子近似，但在许多功能材料中，电子间的库仑相互作用（关联效应）占据主导地位，催生出远超独立电子模型预测的新奇物态。 第四章：Hubbard 模型与Mott绝缘体 本书将重点剖析Hubbard 模型的物理图像及其在描述强关联电子系统中的核心地位。详细阐述Mott 绝缘体的形成机理，解释为什么具有偶数个电子的晶体在强关联下反而成为绝缘体。讨论如平均场理论（Mean-Field Theory）和局域近似（Local Approximation）等处理强关联问题的基本方法。 第五章：多铁性与电荷密度波 探讨电子之间的相互作用如何耦合到晶格形变，产生多铁性（Multiferroicity）——即磁性、电性、和弹性等多个序参量共存的现象。重点分析电荷密度波（Charge Density Wave, CDW）的形成，包括Peierls不稳定性，以及CDW如何影响材料的输运性质和非线性响应。 第六章：高温超导的深入探究 虽然不是从头构建CuO_2超导的理论，但本章将回顾和评估当前最具影响力的非传统超导机制理论。重点对比并分析d波超导的特性，讨论磁通钉扎、赝能隙（Pseudogap）等与高温超导相关的关键实验观测，并探讨量子自旋液体（Quantum Spin Liquid, QSL）作为可能的高温超导前驱态的研究进展。 第三部分：尺寸效应与界面物理——低维系统的量子约束 当材料的尺寸减小到纳米尺度，量子尺寸效应开始显著，使得其物理性质偏离块体材料。 第七章：量子阱、线与点 系统阐述量子限制效应的物理图像。详细讨论一维（量子线）、二维（量子阱）和零维（量子点）系统中电子能级的离散化和能带结构的变化。重点分析俄歇复合在量子点发光中的作用，以及局域化与量子隧穿在纳米器件中的重要性。 第八章：二维材料的独特物理 专注于石墨烯及其衍生物之外的二维材料（如过渡金属硫化物 $ ext{TMDC}$）。分析其狄拉克锥的独特属性，以及在强磁场下可能出现的分数量子霍尔效应的普遍性。探讨范德华异质结（vdW Heterostructures）的构建，以及通过堆叠层间耦合实现的新颖电子态调控。 第九章：界面电子学的拓扑保护 将界面视为调制电子性质的有效手段。深入研究界面效应如何诱导出新的拓扑相。例如，分析在氧化物界面（如$ ext{LaAlO}_3/ ext{SrTiO}_3$）中可能出现的二维电子气（2DEG）的磁性和超导行为，并讨论如何通过界面应变和电荷转移来工程化这些新兴的界面物态。 第四部分：功能材料与跨尺度耦合 本部分关注如何将基础物理原理应用于设计具有特定宏观功能的先进材料。 第十章：自旋电子学基础与磁性拓扑材料 从自旋输运的基本概念出发，介绍自旋霍尔效应（SHE）和反霍尔效应（AHE）。重点分析如何利用磁性拓扑绝缘体来产生手性马约拉纳边界态，以及如何通过磁电耦合效应（如磁致旋光效应）来控制磁态。 第十一章：介电响应与铁电畴动力学 系统介绍铁电性的微观机理，重点分析畴壁（Domain Wall）的结构和动力学。探讨铁电材料在电场作用下的极化翻转过程，以及如何利用应力-电荷耦合来优化储能和传感应用。 第十二章：声子工程与热电效应 将电子与晶格振动（声子）的耦合纳入考虑。详细解释费曼-菲舍尔公式在热电优值因子 ($ZT$) 中的应用。重点讨论如何通过晶格工程（如引入点缺陷、晶界或低维结构）来有效散射长波声子，从而降低热导率，提升热电转换效率。 本书的最终目标是使读者能够理解，现代凝聚态物理学是一个跨越微观量子现象、宏观材料属性、以及复杂计算方法的综合性学科，为理解和设计下一代电子、能源和信息技术材料奠定坚实的理论基础。