固体物理讲义new

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1、《固体物理》教师：朱泉峣学生专业：材料学院06级¾绪论固体物理的研究对象固体物理的发展固体物理的基本研究方法本课程基本内容¾绪论固体物理的研究对象固体物理的发展固体物理的基本研究方法本课程基本内容¾绪论固体物理的研究对象固体物理是研究固体的结构及其组成粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与运动规律，以阐明其性能与用途的学科。¾绪论固体物理的研究对象高纯度的完整晶体，杂质、缺陷对金属、半导体、电介质、磁性材料以及其它固体材料性能的影响；一般条件下金属、半导体、电介质、磁性物质等材料的各种性质；强磁场、强辐射、超高压、极低温等特殊条件下材料表现出的各种现象

2、；发展制备材料和器件的新工艺和新理论；固体物理学负担着重多的新的理论课题；超导理论、多体理论、非晶态理论、表面理论、光与物质相互作用；固体物理领域金半晶磁电液固超固固固强属导体学介晶体导态态体关物体物质物发体电光光联理物理物理光物子电谱物理理理学子理学表介纳面观米物物物理理理¾绪论固体物理的研究对象固体物理现代固体科学与技术固体化学材料工程学¾绪论横向比较固体物理：强调各类物质的共同规律性；研究固体中性质的连续变化；探索固体性质与结构之间的定量关系。固体化学：注重固体物质随组成变化的特性；关心的是由于化学反应产生的突变；着重于对固体性质的定性认识。¾绪论纵

3、向比较固体物理：侧重研究构成固体物质的原子、离子及电子的运动和相互作用，提出各种模型和理论，阐明固体的结构和物性——物理模型；固体化学：着重研究实际固体物质的化学反应、合成方法、晶体生长、化学组成和晶体结构，研究固体中缺陷及其对物质的物理及化学性质的影响等，探索固体物质作为材料实际应用的可能性——化学反应；材料工程学：是解决如何将固体物质制成可以实际使用的结构和功能材料或器件，使之具有指定的形态（如纤维、薄膜、陶瓷体、集成块等）和规定的结构和性能，如具有特定的热、力、光、电、声、磁、化学活性等功能——工艺过程。¾绪论材料的分类规则固体—晶体：分子或原子排布

4、具有一定周期性结构的固体（长程有序）。例天然岩盐、水晶（SiO2）、半导体固体硅（单晶硅）、各种金属等不规则固体—非晶体：或非晶态固体。原子的排列没有明确的周期性（短程有序）例玻璃、橡胶、塑料等。理想晶体—完整晶体：内在结构完全规则的固体。——根据规则程晶体度划分实际晶体—近乎完整晶体：在规则排列的背景中尚存在微量不规则性的晶体。如：单晶硅→半导体性质→掺杂；Al2O3单晶→光学性质→色心→掺杂¾绪论ShapeofBaTiOCrystal3¾绪论ShapeofSnowCrystal¾绪论ShapeofSiOCrystal2¾绪论BeOCrystalandG

5、lassofBeO2323¾绪论材料的分类准晶体—介于晶体和非晶体之间的新的状态——准晶态1984年Shechtman用快速冷却方法制备的AlMn合金，电子衍射图中具有五重对称的斑点分布。¾绪论固体物理的研究对象固体物理的发展固体物理的基本研究方法本课程基本内容¾绪论固体物理的发展17世纪：惠更斯（C.Huygens）以椭球堆积的模型来解释方解石的双折射性质和解理面;18世纪:阿羽依（RJHaüy）认为晶体由一些坚实、相同的平行六面形的小‘基石”有规则地重复堆集而成的晶体规则的几何形状和对称性与其它物理性质之间有一定联系;晶体外形的规则性是内部规则性的反映

6、¾绪论固体物理的发展19世纪：费多洛夫（фидоров）、熊夫利斯（AShoenflies）、巴罗（WBarlow）等独立地发展了关于微观几何结构的理论体系;布喇菲（Bravais）发展了空间点阵学说概括了晶格周期性的特征；描述晶体比热的经验定律——Dulong—Petit定律;描述金属导电和导热性质的定律——Wiedemann—Franz定律（1885）;1912年劳厄（MVonLaue）提出晶体可以作为X射线的衍射光栅（X射线衍射定律）；量子理论发展正确描述了晶体内部微观粒子运动过程；爱因斯坦引进量子化的概念来研究晶格振动¾绪论固体物理的发展20世纪：

7、索未菲A.Sommerfeld固体量子论；费米（EFermi）统计理论；布洛赫Bloach周期场中电子的运动理论；布里渊周期性结构中波的传播的理论提出了经典的自由电子理论——Drude-Lorentz自由电子理论（1900-1904）；2eL=σT建立了固体电子态理论——能带理论和晶格动力学在准确把握固体内部电子运动规律的基础上，深入研究固体的性质¾绪论固体物理的发展提出了固体物理的发展方向：如固体中的元激发及其能谱、相变、超极限条件下的固体物性、表面与界面物理、非晶态物理等。→以诸、硅为代表的半导体单晶的出现并制成了晶体三极管——产生了半导体物理→196

8、0年诞生的激光技术对固体的电光、声光和磁光器件不断地提出新要求¾绪