固體物理學(xué)前言

固體物理學(xué)前言第一頁，共十頁，編輯于2023年，星期五序言本課程的性質(zhì)什么是固體物理?固體物理在物理學(xué)中的地位這門課的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要注意的問題本課程所使用的教材和教學(xué)內(nèi)容基本要求和考試、作業(yè)和答疑。第二頁，共十頁，編輯于2023年，星期五本課程的性質(zhì)？通常是物理學(xué)專業(yè)和應(yīng)用物理類專業(yè)的專業(yè)必修課。課時(shí)通常在48-72學(xué)時(shí)之間。我們學(xué)校是56學(xué)時(shí)，3.5學(xué)分.也是大學(xué)本科階段的最后一門必修課？第三頁，共十頁，編輯于2023年，星期五

（一）什么是固體物理？固體物理學(xué)研究內(nèi)容固體物理學(xué)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)的各種微觀粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)及其相互關(guān)系的科學(xué)。它是物理學(xué)中內(nèi)容及其豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科。概括地說：研究固體物質(zhì)的物理性能（宏觀）與固體物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)（微觀），以及運(yùn)動(dòng)形態(tài)相互關(guān)系。

特點(diǎn):(1)宏觀和微觀的結(jié)合點(diǎn)

(2)是基礎(chǔ)理論與應(yīng)用基礎(chǔ)的結(jié)合點(diǎn)

(3)是建立在原有物理學(xué)基礎(chǔ)上新研究進(jìn)展的學(xué)科。

傳統(tǒng)的固體物理學(xué)：多晶晶體固體單晶非晶體第四頁，共十頁，編輯于2023年，星期五從研究晶體開始發(fā)展為研究凝聚態(tài)物質(zhì)

物質(zhì)是由分子和原子組成的，是多粒子體系。在物質(zhì)的固、液、氣三態(tài)中固態(tài)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)最簡單，而且具有明顯的結(jié)構(gòu)規(guī)律性，較易研究，因此，固體物理學(xué)是從研究晶體開始的。目前研究對象擴(kuò)大到：液晶、非晶體，陶瓷材料，軟凝聚態(tài)物質(zhì)等。固體物理學(xué)也發(fā)展成為了一個(gè)新的學(xué)科-------凝聚態(tài)物理學(xué)。已成為當(dāng)今物理學(xué)中最大、最主要的分支。目前全世界：論文數(shù)目———1/2

科研工作者——1/3

諾貝爾物理獎(jiǎng)中——1/2

傳統(tǒng)固體物理學(xué)的研究內(nèi)容也日益豐富。形成了以晶體結(jié)構(gòu)、晶體原子動(dòng)力學(xué)、晶體的電、磁、光學(xué)性質(zhì)及半導(dǎo)體和超導(dǎo)等核心論題為中心的分支學(xué)科。各分支學(xué)科內(nèi)容復(fù)雜化。例如:

半導(dǎo)體分支：由元素半導(dǎo)體Ge、Si_——GaAs等III-V化合物、超晶格、大分子材料發(fā)展。第五頁，共十頁，編輯于2023年，星期五固體物理學(xué)的基本內(nèi)容歸納為：1）固體是由什么原子組成的？不同原子組成的固體性質(zhì)自然不同，不同金屬原子的排列可能相同，但具有不同的物理性質(zhì)。2）原子是怎樣排列的？同種原子不同排列，性質(zhì)可大不相同，如C原子組成的金剛石和石墨，石墨軟，是導(dǎo)體；而金剛石硬，是絕緣體3）結(jié)構(gòu)是如何形成的？對該問題的討論有利于材料設(shè)計(jì)，如人工合成有機(jī)導(dǎo)體、半導(dǎo)體等。第六頁，共十頁，編輯于2023年，星期五4）在特定的固體中電子和原子取什么樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？5）它們的宏觀性質(zhì)和內(nèi)部的微觀運(yùn)動(dòng)形態(tài)有什么聯(lián)系？固體物理中大量篇幅討論固體中電子、原子的運(yùn)動(dòng)，從而說明固體的熱、聲、光、電學(xué)性質(zhì)（如抗張強(qiáng)度，彈性系數(shù)，比熱，熱膨脹，熱傳導(dǎo)，固體中聲的傳播和吸收，光的傳播、吸收和發(fā)射…),解釋固體為什么有導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體之分，為什么有順、逆鐵磁性之分，為什么有超導(dǎo)性。6）各種固體有哪些可能的應(yīng)用

這是固體物理的目的。例如對電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的研究——能帶理論——半導(dǎo)體物理的理論基礎(chǔ)——半導(dǎo)體的性質(zhì)及其應(yīng)用—技術(shù)革命—由電子管到晶體管—進(jìn)入信息化時(shí)代。第七頁，共十頁，編輯于2023年，星期五（二）固體物理的理論基礎(chǔ)——與其它課程的聯(lián)系量子力學(xué)是基礎(chǔ)：微觀粒子（電子、原子等）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)離不開量子力學(xué)知識(shí)。粒子間的相互作用主要是電磁相互作用（庫侖力），離不開電磁理論微觀與宏觀性質(zhì)要結(jié)合，離不開統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)知識(shí)，有人說固體物理是“高級”普通物理。是建立在量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、電磁學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)上的一門綜合性物理課程。同時(shí)也是相關(guān)材料學(xué)科（半導(dǎo)體物理、金屬物理）的基礎(chǔ)。（三）學(xué)習(xí)固體物理的特點(diǎn)及注意的問題具體說十三章可以大體上分為基礎(chǔ)理論和相關(guān)的一個(gè)分支學(xué)科，所以課程是導(dǎo)論性質(zhì)的，它會(huì)顯得繁雜。要盡量強(qiáng)調(diào)各部分的聯(lián)系，突出其連貫性。但不同于四大力學(xué)，不要過分強(qiáng)調(diào)理論完整，不要陷入太多的數(shù)學(xué)內(nèi)容，注意離應(yīng)當(dāng)放在物理思想和物理的方法上。在學(xué)習(xí)中會(huì)發(fā)現(xiàn)，理論時(shí)而用量子理論，時(shí)而用經(jīng)典理論。第八頁，共十頁，編輯于2023年，星期五（三）本課程所使用的教材和教學(xué)內(nèi)容教材：黃昆原著韓汝琦改編，《固體物理學(xué)》，高等教育出版社，1988版。教學(xué)內(nèi)容：第1—第5章，第7章和第12章。黃昆先生簡介：參考書：（1）方俊鑫，陸棟主編，《固體物理學(xué)》（上，下），上?？萍汲霭嫔纾ㄐ掳妫?。（2）閻守勝編著，《固體物理學(xué)基礎(chǔ)》，北京大學(xué)出版社，2003年8月版。（3）馮端，金國鈞編，《凝聚態(tài)物理學(xué)》（上卷），[研究生教學(xué)用書]，高等教育出版，2002年版。馮端先生簡介：第九頁，共十頁，編輯于2023年，星期五（五）基本要求和考試、作業(yè)和答疑。

基本要求：聽課、完成作業(yè)、足夠的出勤率和課上記筆記?？荚嚕浩谀╅]卷考試（占總成績的70%）。作業(yè)、筆記和出勤率（占總成績的30%）。點(diǎn)名三次不到者，不能參加期末的考試，也就沒有成績。大概有10%左右的同學(xué)需要補(bǔ)考！教學(xué)內(nèi)容掌握了，作業(yè)完成了，及格