固体物理 绪论

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1、绪论一固体物理的研究对象——研究固体结构及其组成粒子(原子、离子、电子)之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科固体按结构分类分类晶体（晶态）——原子按一定的周期规则排列的固体（长程有序），如天然的岩盐、水晶以及人工的半导体锗、硅单晶等非晶体（非晶态）——原子的排列没有明确的周期性（短程有序），如玻璃、橡胶、塑料等01/15CrystalStructureofCaCO302/15CrystalStructureofYBaCuO03/15ShapeofSnowCrystalBe2O3CrystalandGlassofBe2O305/15准晶体——1984年，Shechtman用

2、快速冷却方法制备的AlMn合金理想晶体——内在结构完全规则的固体____又叫做完整晶体实际晶体——固体中或多或少地存在有不规则性，在规则排列的背景中尚存在微量不规则性的晶体——电子衍射图中具有五重对称的斑点分布——介于晶体和非晶体之间的新的状态—准晶态06/15二固体物理的发展过程——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——十七世纪惠更斯以椭球堆积的模型来解释方解石的双折射性质和解理面——十八世纪，阿羽依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——十九世纪中叶，布拉伐发展了空间点阵学说概括了晶格周期

3、性的特征07/15——十九世纪末叶，费多洛夫、熊夫利、巴罗等独立地发展了关于晶体微观几何结构的理论体系，为进一步研究晶体结构的规律提供了理论依据——描述晶体比热___杜隆－珀替定律描述金属导热和导电性质的魏德曼－佛兰兹定律——二十世纪初特鲁德和洛伦兹建立了经典金属自由电子论，对固体认识进入一个新的阶段——1912年，劳厄指出晶体可以作为X射线的衍射光栅08/15——爱因斯坦引进量子化的概念来研究晶格振动——索末菲在金属自由电子论基础上，发展了固体量子论——费米发展了统计理论，为以后研究晶体中电子运动的过程指出了方向——20世纪三十年代，建立了固体能带论和晶格动力学——量子理论发展正

4、确描述了晶体内部微观粒子运动过程——固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有一类固体，其导电性质介于两者之间______半导体——20世纪四十年代末，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——1960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10/15三固体物理的学科领域——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、磁性物质及发光等材料的各种性质——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11/15——探索新材料和设计新器

5、件——超导理论、多体理论、非晶态理论、表面理论、光与物质相互作用等——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理论课题12/15固体物理领域金属物理半导体物理晶体物理磁学电介质物理液晶物理固体发光超导体物理固态电子学固态光电子学固体光谱强关联物理纳米物理表面物理介观物理13/15四固体物理的研究方法固体物理是一门实验性学科——为阐明固体表现出的现象与内在本质的联系，建立和发展关于固体的微观理论固体是一个复杂的客体——每一立方米中包含有约1029个原子、电子，而且它们之间的相互作用相当强固体的宏观性质——就是大量粒子之间的相互作用和集体运动的总表现1.根据晶体中原

6、子规则排列的特点，建立晶格动力学理论，引入声子的概念，阐明了固体的低温比热和中子衍射谱2.金属的研究——抽象出电子公有化的概念，再用单电子近似的方法建立能带理论3.物质的铁磁性——研究了电子与声子的相互作用，阐明低温磁化强度随温度变化的规律4.超导的理论——研究电子和声子的相互作用，形成库柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变