固體物理電子教案 黃昆01_00

1、01_00_緒論 固體物理_黃昆固體物理學(xué)1.固體物理學(xué)固體物理學(xué) 黃昆黃昆 韓汝琪，高等教育出版社韓汝琪，高等教育出版社2. Introduction to Solid State PhysicsSeventh Edition CHARLES KITTEKL, John Wiley3. 固體物理學(xué)固體物理學(xué) 方俊鑫方俊鑫 陸棟陸棟, 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 4. 固體物理學(xué)固體物理學(xué) 顧秉林顧秉林 王喜昆，清華大學(xué)出版社王喜昆，清華大學(xué)出版社 5. 固體物理學(xué)固體物理學(xué)學(xué)習(xí)參考書學(xué)習(xí)參考書 陳金富，高等教育出版社陳金富，高等教育出版社6. 固體物理基礎(chǔ)固體物理基礎(chǔ) 閻守勝，北京

2、大學(xué)出版社閻守勝，北京大學(xué)出版社7. 固體能帶理論固體能帶理論 謝希德謝希德 陸棟，復(fù)旦大學(xué)出版社陸棟，復(fù)旦大學(xué)出版社Version2005092001/1601_00_緒論 固體物理_黃昆緒緒 論論 一一 固體物理的研究對(duì)象固體物理的研究對(duì)象 研究固體結(jié)構(gòu)及其組成粒子研究固體結(jié)構(gòu)及其組成粒子( (原子、離子、電子原子、離子、電子) )之間之間 相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科固體分類固體分類 晶體晶體 原子按一定的周期排列規(guī)則的固體（長(zhǎng)程有序）原子按一定的周期排列規(guī)則的固體（長(zhǎng)程有序）天然的巖鹽、水晶以及人工的半導(dǎo)體鍺、硅單晶天然的巖鹽、水

3、晶以及人工的半導(dǎo)體鍺、硅單晶非晶體非晶體 原子的排列沒有明確的周期性（短程有序）原子的排列沒有明確的周期性（短程有序）玻璃、橡膠、塑料玻璃、橡膠、塑料01_00_緒論 固體物理_黃昆Crystal Structure of CaCO301_00_緒論 固體物理_黃昆Crystal Structureof YBaCuO01_00_緒論 固體物理_黃昆Shape of Snow Crystal05/1601_00_緒論 固體物理_黃昆Be2O3 Crystal and Glass of Be2O301_00_緒論 固體物理_黃昆準(zhǔn)晶體準(zhǔn)晶體 1984年年Shechtman用用快速冷卻方法制備的快速

4、冷卻方法制備的AlMn合金合金理想晶體理想晶體 內(nèi)在結(jié)構(gòu)完全規(guī)則的固體內(nèi)在結(jié)構(gòu)完全規(guī)則的固體_做完整晶體做完整晶體實(shí)際晶體實(shí)際晶體 固體中或多或少地存在有不規(guī)則性，在規(guī)則固體中或多或少地存在有不規(guī)則性，在規(guī)則 排列的背景中尚存在微量不規(guī)則性的晶體排列的背景中尚存在微量不規(guī)則性的晶體 電子衍射圖中具有五重對(duì)稱電子衍射圖中具有五重對(duì)稱 的斑點(diǎn)分布的斑點(diǎn)分布 介于晶體和非晶體之間的新介于晶體和非晶體之間的新 的狀態(tài)的狀態(tài) 準(zhǔn)晶態(tài)準(zhǔn)晶態(tài)01_00_緒論 固體物理_黃昆二二 固體物理的發(fā)展過程固體物理的發(fā)展過程 晶體規(guī)則的幾何形狀和對(duì)稱性與其它物理性質(zhì)之間晶體規(guī)則的幾何形狀和對(duì)稱性與其它物理性質(zhì)之間 有

5、一定聯(lián)系有一定聯(lián)系; ;晶體外形的規(guī)則性是內(nèi)部規(guī)則性的反映晶體外形的規(guī)則性是內(nèi)部規(guī)則性的反映 十七世紀(jì)惠更斯以橢球堆積的模型來解釋方解石的十七世紀(jì)惠更斯以橢球堆積的模型來解釋方解石的 雙折射性質(zhì)和解理面雙折射性質(zhì)和解理面 十八世紀(jì)，阿羽依認(rèn)為晶體由一些堅(jiān)實(shí)、相同的平十八世紀(jì)，阿羽依認(rèn)為晶體由一些堅(jiān)實(shí)、相同的平 行六面形的小行六面形的小基石基石”有規(guī)則地重復(fù)堆集而成的有規(guī)則地重復(fù)堆集而成的 十九世紀(jì)中葉，布拉伐發(fā)展了空間點(diǎn)陣學(xué)說十九世紀(jì)中葉，布拉伐發(fā)展了空間點(diǎn)陣學(xué)說 概括了晶格周期性的特征概括了晶格周期性的特征01_00_緒論 固體物理_黃昆 十九世紀(jì)末葉，十九世紀(jì)末葉，費(fèi)多洛夫費(fèi)多洛夫，熊夫利

6、熊夫利、巴羅巴羅等獨(dú)立地發(fā)等獨(dú)立地發(fā) 展了關(guān)于晶體微觀幾何結(jié)構(gòu)的理論體系，為進(jìn)一步研展了關(guān)于晶體微觀幾何結(jié)構(gòu)的理論體系，為進(jìn)一步研 究晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)律提供了理論依據(jù)究晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)律提供了理論依據(jù) 描述晶體比熱描述晶體比熱_杜隆珀替杜隆珀替定律定律 描述金屬導(dǎo)熱和導(dǎo)電性質(zhì)的描述金屬導(dǎo)熱和導(dǎo)電性質(zhì)的魏德曼佛蘭茲魏德曼佛蘭茲定律定律 二十世紀(jì)初二十世紀(jì)初特魯?shù)绿佤數(shù)潞秃吐鍌惼澛鍌惼澖⒘私?jīng)典金屬自由電子建立了經(jīng)典金屬自由電子 論，對(duì)固體認(rèn)識(shí)進(jìn)入一個(gè)新的階段論，對(duì)固體認(rèn)識(shí)進(jìn)入一個(gè)新的階段 1912年，年，勞厄勞厄指出晶體可以作為指出晶體可以作為X射線的衍射光柵射線的衍射光柵01_00_緒論 固體物理_黃

7、昆 愛因斯坦愛因斯坦引進(jìn)量子化的概念來研究晶格振動(dòng)引進(jìn)量子化的概念來研究晶格振動(dòng) 索末菲索末菲在金屬自由電子論基礎(chǔ)上，發(fā)展了固體量子論在金屬自由電子論基礎(chǔ)上，發(fā)展了固體量子論 費(fèi)米費(fèi)米發(fā)展了統(tǒng)計(jì)理論，為以后研究晶體中電子運(yùn)動(dòng)的發(fā)展了統(tǒng)計(jì)理論，為以后研究晶體中電子運(yùn)動(dòng)的 過程指出了方向過程指出了方向 20世紀(jì)三十年代，建立了固體能帶論和晶格動(dòng)力學(xué)世紀(jì)三十年代，建立了固體能帶論和晶格動(dòng)力學(xué)10/16 量子理論發(fā)展正確描述了晶體內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動(dòng)過程量子理論發(fā)展正確描述了晶體內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動(dòng)過程01_00_緒論 固體物理_黃昆 固體能帶論說明了導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別，并斷定有固體能帶論說明了導(dǎo)體與絕緣體的

8、區(qū)別，并斷定有 一類固體，其導(dǎo)電性質(zhì)介于兩者之間一類固體，其導(dǎo)電性質(zhì)介于兩者之間_半導(dǎo)體半導(dǎo)體 20世紀(jì)四十年代末，以諸、硅為代表的半導(dǎo)體單晶的世紀(jì)四十年代末，以諸、硅為代表的半導(dǎo)體單晶的 出現(xiàn)并制成了晶體三極管出現(xiàn)并制成了晶體三極管_ 產(chǎn)生了半導(dǎo)體物理產(chǎn)生了半導(dǎo)體物理 1960年誕生的激光技術(shù)對(duì)固體的電光、聲光和磁光器年誕生的激光技術(shù)對(duì)固體的電光、聲光和磁光器 件不斷地提出新要求件不斷地提出新要求01_00_緒論 固體物理_黃昆三三 固體物理的學(xué)科領(lǐng)域固體物理的學(xué)科領(lǐng)域 高純度的完整晶體、雜質(zhì)、缺陷對(duì)金屬、半導(dǎo)體高純度的完整晶體、雜質(zhì)、缺陷對(duì)金屬、半導(dǎo)體 電介質(zhì)、磁性材料以及其它固體材料性能

9、的影響電介質(zhì)、磁性材料以及其它固體材料性能的影響 一般條件下金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性物質(zhì)一般條件下金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性物質(zhì) 發(fā)光等材料的各種性質(zhì)發(fā)光等材料的各種性質(zhì) 強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射、超高壓、極低溫等特殊條件下強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射、超高壓、極低溫等特殊條件下 材料表現(xiàn)出的各種現(xiàn)象材料表現(xiàn)出的各種現(xiàn)象01_00_緒論 固體物理_黃昆 探索新材料和設(shè)計(jì)新器件探索新材料和設(shè)計(jì)新器件 超導(dǎo)理論、多體理論、非晶態(tài)理論、表面理論超導(dǎo)理論、多體理論、非晶態(tài)理論、表面理論 光與物質(zhì)相互作用等光與物質(zhì)相互作用等 發(fā)展制備材料和器件的新工藝和新理論發(fā)展制備材料和器件的新工藝和新理論 固體物理學(xué)負(fù)擔(dān)著重多的理論課題

10、固體物理學(xué)負(fù)擔(dān)著重多的理論課題01_00_緒論 固體物理_黃昆固體物理領(lǐng)域固體物理領(lǐng)域金金屬屬物物理理半半導(dǎo)導(dǎo)體體物物理理晶晶體體物物理理磁磁學(xué)學(xué)電電介介質(zhì)質(zhì)物物理理液液晶晶物物理理固固體體發(fā)發(fā)光光超超導(dǎo)導(dǎo)體體物物理理固固態(tài)態(tài)電電子子學(xué)學(xué)固固態(tài)態(tài)光光電電子子學(xué)學(xué)固固體體光光譜譜強(qiáng)強(qiáng)關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)物物理理納納米米物物理理表表面面物物理理介介觀觀物物理理01_00_緒論 固體物理_黃昆四四 固體物理的研究方法固體物理的研究方法 固體物理是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科固體物理是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科 為闡明固體表現(xiàn)出的現(xiàn)為闡明固體表現(xiàn)出的現(xiàn)象與內(nèi)在本質(zhì)的聯(lián)系，建立和發(fā)展關(guān)于固體的微觀理論象與內(nèi)在本質(zhì)的聯(lián)系，建立和發(fā)展關(guān)于固體的

11、微觀理論固體是一個(gè)復(fù)雜的客體固體是一個(gè)復(fù)雜的客體 每一立方米中包含有約每一立方米中包含有約10102929個(gè)原子、電子，而且它們之間的相互作用相當(dāng)強(qiáng)個(gè)原子、電子，而且它們之間的相互作用相當(dāng)強(qiáng)固體的宏觀性質(zhì)固體的宏觀性質(zhì) 就是大量粒子之間的相互作用和集就是大量粒子之間的相互作用和集體運(yùn)動(dòng)的總表現(xiàn)體運(yùn)動(dòng)的總表現(xiàn)15/1601_00_緒論 固體物理_黃昆1. 根據(jù)晶體中原子規(guī)則排列的特點(diǎn)，建立晶格動(dòng)力學(xué)理論，根據(jù)晶體中原子規(guī)則排列的特點(diǎn)，建立晶格動(dòng)力學(xué)理論，引入聲子的概念，闡明了固體的低溫比熱和中子衍射譜引入聲子的概念，闡明了固體的低溫比熱和中子衍射譜2. 金屬的研究金屬的研究 抽象出電子公有化的概念，再用單電抽象出電子公有化的概念，再用單電子近似的方法建立能帶理論子近