对哈佛大学《固体物理学》教材的介绍与评价

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1、对哈佛大学《固体物理学》教材的介绍与评价张立彬（南开大学外国教材中心）韩浪、马志远（南开大学物理科学学院）《SolidStatePhysics》（固体物理学）是美国哈佛大学物理系课程编号为4654的课程“Physics167.CondensedMatterPhysicsofModernTechnologies”（现代科技的凝聚态物理）所选用的教材。本文评介的教材《SolidStatePhysics》由前言、目录、表格索引、用书建议、正文、附录、索引七个部分组成，其中正文34章，共755页，附录16个，共40页。本书的作者是美国康奈尔大学的NeilW.Ashcroft和N.DavidMermi

2、n教授。一、本书的编写背景康奈尔大学教学团队对本校相关学科和系别的学生进行了几年固体物理导论的教学工作之后，在1968年开始这项固体物理学科教材的编写工程，自此，固体物理学教学走出了没有教材的空白。在这之前，不论是在本科生还是研究生课程中，通常的教学方式是，老师布置许多任务，让学生们自己去收集和阅读至少五六篇课程相关的文章和其它材料，之所以有这么大的工作量，一方面是因为固体物理学这门学科的内容的多样性和知识的广泛性；另一方面在于固体理论的双重性：即，在详细阐明基础理论的同时，必须考虑将其与种类、性质繁多的实际固体建立联系，并为相关特征数据建立索引，以提高相关知识在学术实践中的可操作性。编写教

3、材的工程量很大，历时七年。本教材兼顾了介绍性以及分析性两方面内容，从介绍现实世界中物质的多样性入手，从相关微观结构与这些多样化的性质相联系的方式来探索晶体的性质，以达到从对基本理论、概念的初步感性认识，逐渐过渡到对固体物理知识的深入理解的理性认识的目的。二、本书的使用这本书可作为本科生或研究生的介绍性课程用书。固体物理学的核心是统计力学与量子力学，而对于许多读者，诸如一些本科生，它们还未被完全掌握，这就对一些章节的编写提出了较高的要求。针对这种情况，本书采取循序渐进，逐步过渡的方式，把基于经典力学的内容和需要量子力学背景的内容区分开来。对于比较难理解的部分，如一些量子统计的应用，本书侧重于从

4、第一性原理出发进行推导与论证。因此，这本书非常适合于在与量子力学和统计力学入门课程同时开设的固体物理导论性课程中使用。本书同样包括少量比较前沿的章节和拓展内容，以供有相关理论基础的读者参阅。正文章节采用知识与问题结合的形式编写：（1）不同的问题分析过程有不同的形式，这是因为解题步骤很大程度上取决于具体问题；另外，为避免正文的篇幅被大量古板的公式所占据，很多时候读者需要跟随作者给出的线索自己完成推导，这样做的另外一个好处是有助于加深对公式的理解。（2）章节的延伸因篇幅的原因，没有包含进去，而只是作为问题提出来。（3）进一步的数值分析应用仅作为问题给出，或者转到附加内容中去。读者需要在实践中检验

5、问题，并将结果与书中的结论进行比对。有时尽管一幅图携带信息量会超过一篇文章，但更多时候，装饰漂亮的插图并不能比同等篇幅的解释文字更有效率。另外，读者会因遇到许多插图而没完没了的看注释，这会导致不必要的时间浪费，因此本书不以插图见长。9编者期望这本书能用在专业重点的不同领域的不同层次上。一堂独特的课程不会照本宣科（或者只是按照课本的顺序选择性地学习几章），为适应不同的课堂，本书能够轻易选择和安排章节顺序，并以最佳授课思路编排了目录。三、本书的构架顺序（注：【】里面的编号为章节次序）本书以金属自由电子理论的经典【1】和量子【2】观点开始，因为这需要较少的背景知识。除一些个例之外，几乎所有的现象像

6、绝缘体、半导体、金属都能用这些理论来解释，读者会发现：在掌握大量和周期性结构相关的定义以及周期性系统的量子力学以前，这些问题都得不到解决。我们仅在研究【3】了金属性质之后就开始介绍周期结构。我们尝试通过以下方式减轻因第一次使用周期性系统语言而引起的冗繁：把平移对称性【4、5】与较为次要的转动对称性【7】分开来谈；把在实空间的描述【4】与我们不太熟知的倒易空间【5】分开来谈；把对周期性的理论化的抽象表述与X射线衍射应用【6】分开谈。对于周期性系统的术语有所了解之后，读者就可以尝试解决金属自由电子模型中遇到的困难，或者直接着手晶格振动的研究。本书采用第一条脉络。首先介绍了布洛赫定理及其检验【8】

7、，以此强调它超过近自由电子【9】和紧缚近似【10】的重要性。这两章的大部分内容更适合进阶课程，因为它包括了能带结构【11】。随后介绍重要的半经典观点【12】，结合具体应用，导出了半经典输运理论【13】。接下来的测量费米面的方法【14】更适合进阶读者，但实际金属的能带结构【15】需要所有读者都掌握。除了讨论屏蔽之外，基础课程也应当忽略那些在弛豫时间近似【16】和电子-电子相互作用【17】中所忽略掉的内容。逸出功