《固體物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《固體物理基礎(chǔ)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)固體物理基礎(chǔ)FundamentalsofSolidStatePhysics課程編碼SCC620421020開(kāi)課院部理學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)固體物理基礎(chǔ)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)32適用專(zhuān)業(yè)光電信息科學(xué)與工程授課語(yǔ)言中文先修課程大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理（2-2）、量子力學(xué)課程簡(jiǎn)介（限選）本課程為光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)選修課程，它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科，同時(shí)也是光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)本科生學(xué)習(xí)《激光原理》、《光電材料與器件》等各種光電子器件后續(xù)課程的基礎(chǔ)?！豆腆w物理學(xué)基礎(chǔ)》是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學(xué)。本課程的主要內(nèi)容包括固體的結(jié)構(gòu)及組成粒子(原子、離子、電子等)之間的相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，闡明固體的性能和用途，其中以固態(tài)電子論和固體的能帶理論為主要內(nèi)容。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)的基本描述，固體電子論和能帶理論，以及實(shí)際晶體中的缺陷、雜質(zhì)、表面和界面對(duì)材料性質(zhì)的影響等，掌握具有周期性結(jié)構(gòu)固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，樹(shù)立微觀世界的新觀念，掌握處理微觀世界物理問(wèn)題方法，并能將相關(guān)的理論和方法運(yùn)用到光電領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的解決中、為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其它專(zhuān)業(yè)課程或從事科研工作奠定基礎(chǔ)。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatesmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineering.Itisabranchsubjectwithrichcontentandwideapplicationinphysics.ItisalsothebasisforundergraduatestudentsmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineeringtolearntheprinciplesoflaser,optoelectronicmaterialsanddevicesandotherfollow-upcoursesofoptoelectronicdevices.Fundamentalsofsolidstatephysicsisasciencethatstudiesthephysicalproperties,microstructures,movementformsofvariousparticlesthatmakeupasubstance,andtheirinterrelationships.Itsmaincontentistostudythestructureofsolidandtheinteractionandmotionlawsbetweenconstituentparticles(atoms,ions,electrons,etc.)andtheperformanceanduseofsolid.Themaincontentofthiscourseisthetheoryofsolidelectronsandthetheoryofenergybandofsolid.Thegoalofthecourseistoenablestudentstograspthebasicdescriptionofcrystalstructure,solidelectrontheoryandenergybandtheory,aswellastheinfluenceofdefects,impurities,surfacesandinterfacesinactualcrystalsonthepropertiesofmaterials,mastertheconventionalpropertiesandresearchmethodsofsolidmaterialswithperiodicstructure,establishanewconceptofthemicroworldandmasterthemethodsofdealingwithphysicalproblemsinthemicroworld,andbeabletoapplyrelevanttheoriesandmethodstothesolutionofcomplexengineeringproblemsinthefieldofoptoelectronics.Tolaythegroundworkforfurtherstudyofotherspecializedcoursesorinscientificresearch.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：能夠理解并掌握固體物理基本概念、基本原理和計(jì)算方法。是1.32M2目標(biāo)2：能夠運(yùn)用固體物理基本理論研究并解決光電領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題。是2.32.33M3目標(biāo)3：能夠關(guān)注固體物理學(xué)領(lǐng)域前沿的研究動(dòng)態(tài)，具有終身學(xué)習(xí)的能力。是12.212.2三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章晶體的結(jié)構(gòu)重點(diǎn)：空間點(diǎn)陣和布拉菲格子的概念、密堆積和配位數(shù)的概念、倒格子的概念。難點(diǎn)：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。/////21.11.1晶體的周期性原胞、晶向、晶面。M12講授2線(xiàn)上學(xué)習(xí)教學(xué)大綱31.21.2倒格子倒格子的性質(zhì)、倒格子的物理意義。M12講授2作業(yè)41.31.3晶體的對(duì)稱(chēng)性晶系、布拉菲格子。M12講授2作業(yè)51.41.4晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)二維晶格的晶系、二維布拉菲格子。M1,M32講授2作業(yè)6第二章固體的結(jié)合重點(diǎn)：離子結(jié)合，范德瓦耳斯結(jié)合，共價(jià)結(jié)合，內(nèi)聚能與晶體的力學(xué)熱學(xué)性質(zhì)。難點(diǎn)：離子晶體的幾何結(jié)構(gòu)，離子晶體的內(nèi)聚能/////72.12.1離子性結(jié)合離子鍵、離子晶體、結(jié)合能。M11講授1作業(yè)82.22.2共價(jià)性結(jié)合共價(jià)鍵、軌道雜化。M11講授1作業(yè)92.32.3金屬性結(jié)合金屬鍵、電子共有化。M11講授1作業(yè)102.42.4范德?tīng)柾咚菇Y(jié)合電偶極矩感應(yīng)、范德?tīng)柾咚规I。M11講授1作業(yè)112.52.5元素和化合物晶體結(jié)合的規(guī)律性電負(fù)性、電子親和能、金屬晶體、離子晶體、范德?tīng)柾咚咕w、化合物晶體。M2,M32講授2專(zhuān)題報(bào)告12第三章晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)重點(diǎn)：一維單原子鏈，一維雙原子鏈的振動(dòng)，格波的量子理論，愛(ài)因斯坦模型，德拜模型。難點(diǎn)：格波的量子理論，格波的模式數(shù)/////133.13.1簡(jiǎn)諧近似和簡(jiǎn)正坐標(biāo)簡(jiǎn)正坐標(biāo)、簡(jiǎn)正振動(dòng)。M11講授1作業(yè)143.23.2一維單原子鏈單原子鏈、玻恩-卡曼邊界條件、格波。M21講授1作業(yè)153.33.3一維雙原子鏈聲學(xué)波和光學(xué)波聲學(xué)波、光學(xué)波。M32講授2作業(yè)163.43.4離子晶體的光頻模與電磁波耦合黃昆方程、電磁耦合磁量子、極化激元。M12講授2作業(yè)173.53.5晶格比熱晶格的比熱容、愛(ài)因斯坦模型、德拜模型。M11講授1作業(yè)18第四章晶體中的缺陷重點(diǎn)：肖特基缺陷，刃型位錯(cuò)，弗侖克爾缺陷，擴(kuò)散系數(shù)。難點(diǎn)：缺陷統(tǒng)計(jì)理論，缺陷對(duì)晶體宏觀性質(zhì)的影響。/////194.14.1點(diǎn)缺陷本征缺陷、雜質(zhì)缺陷。M11講授1作業(yè)204.24.2晶體中的原子擴(kuò)散擴(kuò)散的宏觀規(guī)律、擴(kuò)散的微觀機(jī)制。M11講授1作業(yè)214.34.3離子晶體的導(dǎo)電性離子晶體點(diǎn)缺陷、離子晶體導(dǎo)電性、色心。M11講授1作業(yè)224.44.4位錯(cuò)刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)。M10.5講授0.5作業(yè)234.54.5面缺陷晶界、晶界能、堆積層錯(cuò)。M1,M30.5講授0.5作業(yè)24第五章能帶理論重點(diǎn)：固體中電子的共有化運(yùn)動(dòng)，Bloch定理的特點(diǎn)、證明及其推論，近自由電子近似微擾論，費(fèi)密統(tǒng)計(jì)分布與費(fèi)米能級(jí)，能態(tài)密度。難點(diǎn)：動(dòng)量空間的薛定鍔方程，微擾論；布里淵區(qū)中的等能面。/////255.15.1布洛赫定理布里淵區(qū)，布洛赫定理。M11講授1作業(yè)265.25.2準(zhǔn)自由電子近似微擾理論、能帶、帶隙。M1,M22講授2作業(yè)275.35.3緊束縛近似緊束縛模型、原子能級(jí)與能帶對(duì)應(yīng)規(guī)律。M22講授2作業(yè)285.45.4無(wú)序系統(tǒng)中的電子狀態(tài)無(wú)序系統(tǒng)、電子擴(kuò)展態(tài)和定域態(tài)。M11講授1作業(yè)295.55.5導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶模型滿(mǎn)帶、導(dǎo)帶、近滿(mǎn)帶、金屬和絕緣體的轉(zhuǎn)變。M1,M31講授1專(zhuān)題報(bào)告四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.每周布置3~6道題目，平均每次課2道題以上。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)固體物理學(xué)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力題型主要有作圖、分析和計(jì)算題。20%2專(zhuān)題報(bào)告1.本課程要要求學(xué)生根據(jù)固體物理領(lǐng)域中的某種理論或方法的在光電材料與器件設(shè)計(jì)制作方面的應(yīng)用進(jìn)行探討或者瞄準(zhǔn)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展撰寫(xiě)文獻(xiàn)報(bào)告。2.主要培養(yǎng)學(xué)生利用掌握的理論或方法解決光電領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，以及關(guān)注科技發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)進(jìn)行終身學(xué)習(xí)的能力。20%3隨堂測(cè)試測(cè)試學(xué)生對(duì)課堂講授知識(shí)的預(yù)習(xí)和掌握情況。20%4期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)固體物理學(xué)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有填空題、選擇題、簡(jiǎn)答題、分析題、計(jì)算題、論述題等。40%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)20%A:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D:作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。2M1隨堂測(cè)試30%由雨課堂每次課測(cè)驗(yàn)的成績(jī)累積。3M1期末考試50%根據(jù)試卷標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。4M2平時(shí)作業(yè)30%A:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C:獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D:作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。5M2隨堂測(cè)試30%由雨課堂每次課測(cè)驗(yàn)的成績(jī)累積。6M2期末考試40%根據(jù)試卷標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。7M3專(zhuān)題報(bào)告70%A:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對(duì)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計(jì)，相關(guān)描述完善、邏輯性較強(qiáng)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)有豐富的了解和闡述，論文撰寫(xiě)結(jié)構(gòu)合理。B:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對(duì)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計(jì)，但是相關(guān)描述不夠完美，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)有較多的了解，論文撰寫(xiě)結(jié)構(gòu)合理，缺乏最新參考文獻(xiàn)。C:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對(duì)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計(jì)，但是相關(guān)描述粗糙，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)有較少的了解，論文撰寫(xiě)邏輯性不強(qiáng)，參考文獻(xiàn)較少。D:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對(duì)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論或設(shè)計(jì)，但是相關(guān)闡述不精確或者所采用的方法不當(dāng)，對(duì)相關(guān)研究對(duì)象的發(fā)展動(dòng)態(tài)不了解。論文字?jǐn)?shù)不足，格