固体物理课件

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1、刘书华15133225167liush_hebau@sina.com固体物理学SolidStatePhysics主要参考书黄昆，韩汝琦，《固体物理》，高教出版社；黄昆，《固体物理学》(北京大学物理学丛书.理论物理专辑)，北京大学出版社，2009年9月；方俊鑫，陆栋，《固体物理学》，上海科学技术出版社，2005；吴代鸣，《固体物理学》，高等教育出版社，2007；王矜奉，《固体物理教程》，山东大学，第四版，2004；韦丹，《固体物理》，清华大学出版社，2003；陈长乐，《固体物理学》第二版，科学出版社，2006；房晓勇，刘竞业，杨会静主编，

2、《固体物理学》，哈尔滨工业大学出版社，2004；陆栋,蒋平。《固体物理学》，高教出版社.CharlesKittel.Introductiontosolidstatephysics.(中文版第8版）一、固体物理学的研究对象绪论固体的结构及其组成粒子（原子、离子、分子、电子等）之间相互作用与运动规律，以阐明其性能和用途。固体物理是固体材料和器件的基础学科，是新材料、新器件的生长点。固体是由大量的原子（或离子）组成，1023个原子/cm3。固体结构就是指这些原子的排列方式。固体的分类晶体:规则结构，分子或原子按一定的周期性排列。长程有序性，有

3、固体的熔点。金属，半导体，食盐，极低温度下的惰性气体，冰，水晶，等。非晶体：非规则结构，分子或原子排列没有一定的周期性。短程有序性，没有固定的熔点。玻璃，橡胶，石蜡等。准晶体:有长程的取向序，有准周期性，但无长程周期性。没有缺陷和杂质的晶体叫做理想晶体。缺陷:缺陷是指微量的不规则性。规则网络无规网络晶体非晶体准晶Al65Co25Cu10合金无平移周期性但有位置序的晶体就被称为准晶体，可以用Penrose拼接图案显示其结构特点。Penrose拼接图案准晶体17世纪，法国晶体学家、矿物学家勒内·茹斯特·阿羽依（RenéJustHaüy，17

4、43年－1822年）——晶胞学说以及晶面在晶胞轴上的截距之比为整数比的关系。世纪阿羽依，规则几何外形↔内部规则性19世纪40年代，德国人弗兰根海姆(Frankenheim,M.L.1801-1869)和法国人布拉伐(Bravais,A.1811-1863)发展前人的工作，奠定了晶体结构空间点阵理论(即空间格子理论)的基础。布拉维于1848年指出，弗兰根海姆的15种空间点阵形式中有两种实质上是相同的，由此确定了空间点阵的14种形式。二、固体物理学的发展历史在1805-1809年间,德国学者魏斯(Weiss,C.S.1780-1856)开始

5、研究晶体外形的对称性。1830年德国人赫塞尔(Hessel,J.F.Ch.1796-1872)，1867年俄国人加多林分别独立地推导出,晶体外形对称元素的一切可能组合方式(也就是晶体宏观宏观对称类型)共有32种(称为32种点群)，人们又按晶体对称元素的特征将晶体合理地分为立方晶系，六方晶系等七个晶系。在1885-1890年间，俄国结晶学家弗多罗夫完成了230个空间群的严格的理论推导工作，至此几何晶体学理论已基本全部完成了。二、固体物理学的发展历史20世纪初，在X射线衍射实验和量子力学理论的基础上，建立了固体的电子态理论和晶格动力学。(声

6、子、等离激元、固体磁性、超导、缺陷—影响半导体的电学、发光学等性质、非晶态固体物理、表面物理、准晶固体物理)1895年伦琴发现了X射线，1912年劳厄发现X射线通过晶体的衍射现象，证实了晶体内部原子周期性排列的结构。1913年布喇格（Bragg）父子建立了晶体结构分析的基础。二次大战后的中子衍射技术是晶体结构及磁性晶体结构分析的重要手段。70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术。近年来发展的扫描隧道显微镜（STM），具有相当高的分辨率。某种型号的扫描隧道显微镜1993年Eigler等在铜Cu表面上成功地移动了101个吸附的铁原子，这是

7、首次用原子写成的汉字。1994年中科院北京真空物理实验室庞世谨等，使用STM针尖在Si表面连续移走Si原子，形成沟槽，写成中国和毛泽东等字。新的实验条件和技术日新月异，为固体物理不断开拓出新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于

8、固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。现代固体物理学大致建立