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第一部分 理想晶体 3

第一章 金属自由电子气体模型 3

1.1 模型及基态性质 4

1.1.1 单电子本征态和本征能量 6

1.1.2 基态和基态的能量 8

1.2 自由电子气体的热性质 11

1.2.1 化学势随温度的变化 12

1.2.2 电子比热 14

1.3 泡利顺磁性 16

1.4 电场中的自由电子 18

1.4.1 准经典模型 18

1.4.2 电子的动力学方程 19

1.4.3 金属的电导率 20

1.5 光学性质 22

1.6 霍尔效应和磁阻 26

1.7 金属的热导率 29

1.8 自由电子气体模型的局限性 30

第二章 晶体的结构 32

2.1 晶格 33

2.1.1 布拉维格子 34

2.1.2 原胞 35

2.1.3 配位数 36

2.1.4 几个常见的布拉维格子 36

2.1.5 晶向、晶面和基元的坐标 38

2.2 对称性和布拉维格子的分类 39

2.2.1 点群 40

2.2.2 7个晶系 45

2.2.3 空间群和14个布拉维格子 46

2.2.4 单胞或惯用单胞 51

2.2.5 二维情形 52

2.2.6 点群对称性和晶体的物理性质 52

2.3 几种常见的晶体结构 54

2.3.1 CsCl结构和立方钙钛矿结构 54

2.3.2 NaCl和CaF2结构 55

2.3.3 金刚石和闪锌矿结构 56

2.3.4 六角密堆积结构 57

2.3.5 实例，正交相YBa2Cu3O1-4 58

2.3.6 简单晶格和复式晶格 60

2.4 倒格子 60

2.4.1 概念的引人 60

2.4.2 倒格子是倒易空间中的布拉维格子 62

2.4.3 倒格矢与晶面 64

2.5 晶体结构的实验确定 65

2.4.4 倒格子的点群对称性 65

2.5.1 X射线折射 66

2.5.2 电子衍射和中子衍射 72

2.5.3 扫描隧穿显微镜 74

第三章 能带论I 78

3.1 布洛赫定理及能带 80

3.1.1 布洛赫定理及证明 81

3.1.2 波矢k的取值与物理意义 83

3.1.3 能带及其图示 85

3.2 弱周期势近似 86

3.2.1 一维情形 86

3.2.2 能隙和布拉格反射 89

3.2.3 复式晶格 92

3.3 紧束缚近似 93

3.3.1 模型及计算 93

3.3.2 万尼尔函数 97

3.4 能带结构的计算 98

3.4.1 近似方法 100

3.4.2 εn(k)的对称性 103

3.4.3 εn(k)和n(r)的图示 104

3.5 费米面和态密度 108

3.5.1 高布里渊区 109

3.5.2 费米面的构造 110

3.5.3 态密度 112

第四章 能带论Ⅱ 115

4.1 电子运动的半经典模型 115

4.1.1 模型的表述 117

4.1.2 模型合理性的说明 117

4.1.3 有效质量 120

4.1.4 半经典模型的适用范围 121

4.2.1 恒定电场作用下的电子 123

4.2 恒定电场、磁场作用下电子的运动 123

4.2.2 满带不导电 124

4.2.3 近满带中的空穴 125

4.2.4 导体、半导体和绝缘体的能带论解释 126

4.2.5 恒定磁场作用下电子的准经典运动 129

4.3 费米面的测量 131

4.3.1 均匀磁场中的自由电子 132

4.3.2 布洛赫电子的轨道量子化 133

4.3.3 德哈斯-范阿尔芬效应 134

4.3.4 回旋共振方法 137

4.4 用光电子谱研究能带结构 138

4.4.1 态密度分布曲线 138

4.4.2 角分辨光电子谱测定εn(k) 141

4.5.1 简单金属 145

4.5 一些金属元素的能带结构 145

4.5.2 一价贵金属 147

4.5.3 四价金属和半金属 148

4.5.4 过渡族金属和稀土金属 150

第五章 晶格振动 154

5.1 简谐晶体的经典运动 156

5.1.1 简谐近似 156

5.1.2 一维单原子链、声学支 158

5.1.3 一维双原子链，光学支 160

5.1.4 三维情形 163

5.2 简谐晶体的量子理论 165

5.2.1 简正坐标 165

5.2.2 声子 167

5.2.3 晶格比热 168

5.2.4 声子态密度 174

5.3 晶格振动谱的实验测定 175

5.3.1 中子的非弹性散射 177

5.3.2 可见光的非弹性散射 178

5.4 非简谐效应 179

5.4.1 热膨胀 180

5.4.2 晶格热导率 182

第六章 输运现象 187

6.1 玻尔兹曼方程 188

6.2 电导率 192

6.2.1 金属的直流电导率 192

6.2.2 电子和声子的相互作用 194

6.2.3 电阻率随温度的变化 196

6.2.4 剩余电阻率 199

6.2.5 近藤效应 201

6.2.6 半导体的电导率 203

6.3 热导率和热电势 204

6.3.1 热导率 207

6.3.2 热电势 208

6.4 霍尔系数和磁阻 212

第七章 固体中的原子键合 216

7.1 概述 217

7.1.1 化学键 217

7.1.2 晶体的分类 221

7.1.3 晶体的结合能 222

7.2 共价晶体 223

7.3 离子晶体 227

7.3.1 结合能 227

7.3.2 离子半径 230

7.3.3 部分离子部分共价的晶体 232

7.4 分子晶体、金属及氢键晶体 235

7.4.1 分子晶体 235

7.4.2 量子晶体 238

7.4.3 金属 240

7.4.4 氢键晶体 241

第八章 缺陷 243

8.1 点缺陷 244

8.1.1 点缺陷的种类 244

8.1.2 扩散的规律和机制 246

8.1.3 离子晶体的电导率 249

8.2 定域态 251

8.2.1 杂质能级 251

8.2.2 非本征半导体 254

8.2.3 局域晶格振动 258

8.3 拓扑缺陷 259

8.3.1 二维面自旋体系 260

8.3.2 涡旋线和磁通线 264

8.3.3 晶体中的位错 267

8.4 面缺陷，壁 270

8.4.1 扭折、孤子 271

8.4.2 铁磁材料中的畴壁 272

8.4.3 晶界 274

8.4.4 粗糙转变 275

第二部分 无序、尺寸、维度和关联 281

第九章 无序 281

9.1 无序导致的定域 283

9.1.1 安德森定域 284

9.1.2 莫特迁移率边 287

9.1.3 态密度 289

9.1.4 一维情形 290

9.1.5 最小金属电导率 292

9.2 定域的标度理论 293

9.2.1 早期的工作 293

9.2.2 标度理论 295

9.3 弱定域化 300

9.3.1 相干背散射 300

9.3.2 弱定域化磁阻 305

9.3.3 电子-电子相互作用 309

9.4 跳跃电导 310

9.5 非晶态固体的比热和热导率 314

9.5.1 低温比热和热导率 314

9.5.2 两能级隧穿模型 317

9.5.3 更宽温度范围的行为共性 319

第十章 尺寸 321

10.1 介观体系的物理 322

10.1.1 正常金属中的Aharonov-Bohm(AB)效应 323

10.1.2 普适电导涨落 326

10.1.3 Landauer类型公式及普适电导涨落的解释 330

10.1.4 非定域效应 333

10.1.5 正常金属环中的持续电流 337

10.2 纳米微粒 341

10.2.1 电子能级的分立 342

10.2.2 比热和磁化率 344

10.2.3 实验测量 347

10.2.4 表面效应 348

10.3 团簇 350

10.3.1 团簇的产生和探测 351

10.3.2 惰性气体元素团簇 352

10.3.3 简单金属团簇 356

10.3.4 C？、固体C？和碳纳米管 359

10.4 库仑阻塞 369

10.4.1 电流偏置的单结 370

10.4.2 单电子岛 373

10.4.3 量子点中的库仑阻塞 376

第十一章 维度 379

11.1 半导体低维电子系统 380

11.1.1 Si反型层及GaAs-AlGaAs异质结 381

11.1.2 量子化霍尔效应 384

11.1.3 弹道输运 391

11.1.4 边缘通道 394

11.2 二维体系中的相变 398

11.2.1 二维体系实例 398

11.2.2 维度和长程序 400

11.2.3 K-T相变 406

11.2.4 二维晶格的熔化 410

11.2.5 公度相 413

11.2.6 维度的跨接 415

11.3 准一维导体 416

11.3.1 Peierls相变 417

11.3.2 电荷密度波和自旋密度波 422

11.3.3 电荷密度波材料和现象 426

11.3.4 准--维有机导体 432

第十二章 关联 441

12.1 单电子近似的理论基础 443

12.1.1 哈特里-福克近似 443

12.1.2 屏蔽库仑势 448

12.1.3 密度泛函理论和局域密度近似 451

12.2 费米液体理论 455

12.3 Hubbard模型，强关联体系 462

12.3.1 Hubbard模型 464

12.3.2 金属-绝缘体转变 467

12.3.3 维格纳格子 468

12.4 作为强关联体系的高温超导体 469

12.4.1 结构和相图 470

12.4.2 强关联的主要证据 471

12.4.3 正常态存在费米面 475

12.4.4 正常态的输运性质的反常行为 478

12.4.5 正常态能隙 482

12.4.6 理论方面的一些进展 484

主要参考书目录 488

习题选编 490

主要符号一览表 504

索引 507