固體物理基礎（第二版） 下載 mobi epub pdf 電子書 2026

內容簡介

　　本書主要介紹瞭晶體結構、晶體的結閤、晶格振動、固體電子論、固體能帶論、 晶體中的缺陷、晶體的導電性、 固體的介電性等固體物理學領域的基本內容，也是進一步學習半導體物理、電介質物理、磁性材料等課程的基礎。

　　本書可作為電子科學與技術、材料科學與工程、光信息科學與技術、微電子學、應用物理學等專業的本科學生的專業基礎課程教材，也可以作為相關專業工程技術人員的參考書和自學用書。

目錄

第1章 晶體結構
1.1 晶體的宏觀特性
1.2 晶體的微觀結構
1.2.1 空間點陣與基元
1.2.2 初基原胞
1.2.3 慣用原胞
1.2.4 威格納一賽茲原胞
1.3 晶體的基本類型
1.3.1 二維晶格
1.3.2 三維晶格
1.3.3 晶係
1.4 典型的晶體結構
1.4.1 氯化鈉結構
1.4.2 氯化銫結構
1.4.3 金剛石結構
1.4.4 閃鋅礦結構
1.4.5 密堆積結構
1.4.6 縴維鋅礦結構
1.4.7 鈣鈦礦結構
1.4.8 方解石結構
1.4.9 黃鐵礦結構
1.4.10 紅鎳礦和金紅石結構
1.4.11 尖晶石結構
1.4.12 剛玉結構
1.4.13 石榴石結構
1.5 晶體的對稱性
1.5.1 鏇轉對稱性
1.5.2 扣心反演對稱性
1.5.3 鏡像操作
1.5.4 鏇轉反演操作
1.5.5 螺鏇操作
1.5.6 滑移反映操作
1.6 晶麵和晶麵指數
1.6.1 格點指數
1.6.2 晶嚮指數
1.6.3 晶麵指數
1.6.4 六角晶係的晶嚮指數和晶麵指數
1.7 晶體的倒格子與布裏淵區
1.7.1 倒格子基矢
1.7.2 布裏淵區
1.7.3 典型晶格的倒格子與布裏淵區的例子
1.8 晶體中的X光衍射
1.8.1 概述
1.8.2 衍射波的振幅與強度
1.8.3 決定散射的諸因素
1.8.4 産生衍射極大的條件
1.8.5 布拉格定律
1.8.6 勞厄方程
1.8.7 厄瓦爾德反射球
1.9 非晶態材料的結構
1.10 準晶態
1.11 群與晶體點陣的分類
1.11.1 群的概念
1.11.2 7個晶係和14種空間點陣
1.11.3 晶體結構的32種點群和230空間群
本章小結
思考題
習題
參考文獻

第2章 晶體的結閤
2.1 內能函數與晶體的性質
2.1.1 內能函數
2.1.2 晶體的性質
2.2 離子結閤
2.2.1 離子結閤的定義和特點
2.2.2 離子晶體的結閤能
2.2.3 馬德隆常數的計算
2.3 共價結閤
……

第3章 晶格振動
第4章 固態電子論基礎
第5章 固體能帶論
第6章 晶體中的缺陷
第7章 晶體的導電性
第8章 固體的介電性

深入探索材料的微觀世界：一本關於凝聚態物理前沿的導覽 本書旨在為對凝聚態物理，特彆是材料的宏觀性質如何源於其微觀結構和量子效應感興趣的讀者提供一個全麵而深入的視角。我們不再聚焦於晶體點陣的經典模型或簡單的能帶理論，而是將目光投嚮超越傳統固體物理範疇的前沿領域，探討那些塑造現代科技進步的復雜量子現象和新型材料。 本書的結構圍繞幾個核心主題展開：拓撲物質的奇特性質、強關聯電子係統的復雜行為、低維與納米結構中的量子限製效應，以及新型功能材料的物理學基礎。 第一部分：超越布洛赫的束縛——拓撲電子學新篇章 本部分將徹底超越周期性勢場下的布洛赫定理的經典描述，深入探究拓撲學概念如何重塑我們對電子態的理解。 第一章：拓撲不變量與材料分類 本章從數學基礎開始，介紹同倫群、陳數和貝裏相位等拓撲不變量在物理學中的應用。重點討論如何利用這些不變量來區分電子能帶的拓撲性質，而非僅僅依賴於能帶結構的點群對稱性。我們將詳細分析拓撲絕緣體（TI）的理論構建，包括二維的$mathbb{Z}_2$拓撲不變量，以及如何通過時間反演對稱性保護其邊界態。 第二章：拓撲半金屬與諾德結構 深入探討狄拉剋（Dirac）和外爾（Weyl）半金屬。我們將詳細解析能帶色散關係中拓撲荷的概念，以及拓撲非平庸的能帶結構如何導緻綫性色散和零能態（拓撲點）。針對外爾半金屬，重點分析其錶麵態——拓撲鼓包（Fermi Arcs）的物理起源及其在霍爾效應中的體現。同時，討論節綫（Node-Line）半金屬作為一維拓撲綫缺陷的特殊性。 第三章：拓撲超導與馬約拉納零能模 聚焦於超導態與拓撲性質的交叉領域。本章詳細介紹拓撲超導的分類，並集中討論馬約拉納費米子（Majorana Fermions）的理論預測和實驗探索。我們將分析在拓撲絕緣體/超導體異質結、或特定的鐵基超導體中，如何期望觀測到零偏壓電導峰，以及這種準粒子在未來拓撲量子計算中的潛在應用。 第二部分：電子間的“戰爭”——強關聯電子係統 傳統固體物理往往基於單電子近似，但在許多功能材料中，電子間的庫侖相互作用（關聯效應）占據主導地位，催生齣遠超獨立電子模型預測的新奇物態。 第四章：Hubbard 模型與Mott絕緣體 本書將重點剖析Hubbard 模型的物理圖像及其在描述強關聯電子係統中的核心地位。詳細闡述Mott 絕緣體的形成機理，解釋為什麼具有偶數個電子的晶體在強關聯下反而成為絕緣體。討論如平均場理論（Mean-Field Theory）和局域近似（Local Approximation）等處理強關聯問題的基本方法。 第五章：多鐵性與電荷密度波 探討電子之間的相互作用如何耦閤到晶格形變，産生多鐵性（Multiferroicity）——即磁性、電性、和彈性等多個序參量共存的現象。重點分析電荷密度波（Charge Density Wave, CDW）的形成，包括Peierls不穩定性，以及CDW如何影響材料的輸運性質和非綫性響應。 第六章：高溫超導的深入探究 雖然不是從頭構建CuO_2超導的理論，但本章將迴顧和評估當前最具影響力的非傳統超導機製理論。重點對比並分析d波超導的特性，討論磁通釘紮、贋能隙（Pseudogap）等與高溫超導相關的關鍵實驗觀測，並探討量子自鏇液體（Quantum Spin Liquid, QSL）作為可能的高溫超導前驅態的研究進展。 第三部分：尺寸效應與界麵物理——低維係統的量子約束 當材料的尺寸減小到納米尺度，量子尺寸效應開始顯著，使得其物理性質偏離塊體材料。 第七章：量子阱、綫與點 係統闡述量子限製效應的物理圖像。詳細討論一維（量子綫）、二維（量子阱）和零維（量子點）係統中電子能級的離散化和能帶結構的變化。重點分析俄歇復閤在量子點發光中的作用，以及局域化與量子隧穿在納米器件中的重要性。 第八章：二維材料的獨特物理 專注於石墨烯及其衍生物之外的二維材料（如過渡金屬硫化物 $ ext{TMDC}$）。分析其狄拉剋錐的獨特屬性，以及在強磁場下可能齣現的分數量子霍爾效應的普遍性。探討範德華異質結（vdW Heterostructures）的構建，以及通過堆疊層間耦閤實現的新穎電子態調控。 第九章：界麵電子學的拓撲保護 將界麵視為調製電子性質的有效手段。深入研究界麵效應如何誘導齣新的拓撲相。例如，分析在氧化物界麵（如$ ext{LaAlO}_3/ ext{SrTiO}_3$）中可能齣現的二維電子氣（2DEG）的磁性和超導行為，並討論如何通過界麵應變和電荷轉移來工程化這些新興的界麵物態。 第四部分：功能材料與跨尺度耦閤 本部分關注如何將基礎物理原理應用於設計具有特定宏觀功能的先進材料。 第十章：自鏇電子學基礎與磁性拓撲材料 從自鏇輸運的基本概念齣發，介紹自鏇霍爾效應（SHE）和反霍爾效應（AHE）。重點分析如何利用磁性拓撲絕緣體來産生手性馬約拉納邊界態，以及如何通過磁電耦閤效應（如磁緻鏇光效應）來控製磁態。 第十一章：介電響應與鐵電疇動力學 係統介紹鐵電性的微觀機理，重點分析疇壁（Domain Wall）的結構和動力學。探討鐵電材料在電場作用下的極化翻轉過程，以及如何利用應力-電荷耦閤來優化儲能和傳感應用。 第十二章：聲子工程與熱電效應 將電子與晶格振動（聲子）的耦閤納入考慮。詳細解釋費曼-菲捨爾公式在熱電優值因子 ($ZT$) 中的應用。重點討論如何通過晶格工程（如引入點缺陷、晶界或低維結構）來有效散射長波聲子，從而降低熱導率，提升熱電轉換效率。 本書的最終目標是使讀者能夠理解，現代凝聚態物理學是一個跨越微觀量子現象、宏觀材料屬性、以及復雜計算方法的綜閤性學科，為理解和設計下一代電子、能源和信息技術材料奠定堅實的理論基礎。