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第1章 晶体结构 1

1.1晶体的宏观特性 1

1.2晶体的微观结构 3

1.2.1空间点阵与基元 4

1.2.2初基原胞 5

1.2.3惯用原胞 6

1.2.4威格纳—赛兹原胞 6

1.3晶体的基本类型 7

1.3.1二维晶格 7

1.3.2三维晶格 7

1.3.3晶系 11

1.4典型的晶体结构 12

1.4.1氯化钠结构 13

1.4.2氯化铯结构 15

1.4.3金刚石结构 16

1.4.4闪锌矿结构 17

1.4.5密堆积结构 18

1.4.6纤维锌矿结构 21

1.4.7钙钛矿结构 21

1.4.8方解石结构 22

1.4.9黄铁矿结构 22

1.4.10红镍矿和金红石结构 23

1.4.11尖晶石结构 23

1.4.12刚玉结构 25

1.4.13石榴石结构 25

1.5晶体的对称性 29

1.5.1旋转对称性 30

1.5.2中心反演对称性 30

1.5.3镜像操作 30

1.5.4旋转反演操作 31

1.5.5螺旋操作 32

1.5.6滑移反映操作 33

1.6晶面和晶面指数 33

1.6.1格点指数 34

1.6.2晶向指数 34

1.6.3晶面指数 35

1.6.4六角晶系的晶向指数和晶面指数 37

1.7晶体的倒格子与布里渊区 38

1.7.1倒格子基矢 38

1.7.2布里渊区 40

1.7.3典型晶格的倒格子与布里渊区的例子 41

1.8晶体中的X光衍射 44

1.8.1概述 44

1.8.2衍射波的振幅与强度 44

1.8.3决定散射的诸因素 45

1.8.4产生衍射极大的条件 47

1.8.5布拉格定律 48

1.8.6劳厄方程 48

1.8.7厄瓦尔德反射球 49

1.9非晶态材料的结构 50

1.10准晶态 51

1.11群与晶体点阵的分类 53

1.11.1群的概念 53

1.11.27个晶系和14种空间点阵 54

1.11.3晶体结构的32种点群和230空间群 59

本章小结 61

思考题 62

习题 63

参考文献 64

第2章 晶体的结合 65

2.1内能函数与晶体的性质 65

2.1.1内能函数 65

2.1.2晶体的性质 65

2.2离子结合 78

2.2.1离子结合的定义和特点 78

2.2.2离子晶体的结合能 78

2.2.3马德隆常数的计算 81

2.3共价结合 82

2.3.1共价结合的定义 82

2.3.2共价键的特性 87

2.3.3共价结合的内聚能 88

2.4金属结合 88

2.5范德瓦尔斯结合 90

2.6氢键结合 92

2.7晶体结合的规律性 93

本章小结 96

思考题 98

习题 98

参考文献 99

第3章 晶格振动 100

3.1一维单原子晶格的振动 100

3.1.1物理模型与运动方程 100

3.1.2玻恩—卡曼周期性边界条件 103

3.1.3关于格波的讨论 104

3.2一维双原子链的晶格振动 107

3.2.1模型与色散关系 107

3.2.2关于声学波和光学波的讨论 108

3.2.3三维晶格振动 111

3.2.4格波态密度函数 113

3.3晶格振动的量子化与声子 114

3.3.1晶格振动与谐振子 114

3.3.2能量量子和声子 115

3.3.3平均声子数 117

3.3.4确定声子谱的方法 118

3.3.5软模 122

3.4晶体的热容 123

3.4.1概述 123

3.4.2爱因斯坦模型 124

3.4.3德拜模型 125

3.4.4实验和理论的比较 127

3.4.5关于德拜温度？D的讨论 129

3.5非简谐效应 130

3.5.1简谐近似的局限 130

3.5.2热膨胀 131

3.5.3声子碰撞与热传导 136

3.5.4N过程和U过程 137

3.5.5声子热导率λ与温度的关系 138

3.6无序系统中的原子振动 142

3.7声子晶体 145

3.8新型负热膨胀材料 148

本章小结 152

思考题 153

习题 154

参考文献 155

第4章 固态电子论基础 156

4.1经典自由电子论 157

4.1.1经典自由电子论 157

4.1.2欧姆定律的解释 158

4.1.3维德曼——夫兰兹定律的解释 158

4.1.4经典自由电子论的缺陷 159

4.2费米分布函数与费米能级 160

4.2.1自由电子的能级和能态密度 160

4.2.2费米分布函数 162

4.2.3费米能及其相关物理量 165

4.3索末菲自由电子气模型 167

4.3.1索末菲自由电子气模型 167

4.3.2自由电子气的热容 167

4.4金属的热容、电导与热导 170

4.4.1金属的热容 170

4.4.2金属的电导 172

4.4.3金属的热导 173

4.5功函数与接触电势差 175

4.5.1功函数及热电子发射 175

4.5.2接触电势差 177

4.6经典自由电子论与伦敦方程 179

本章小结 182

思考题 183

习题 184

参考文献 184

第5章 固体能带论 186

5.1固体中电子的共有化和能带 186

5.2布洛赫定理 189

5.2.1周期性势场 189

5.2.2布洛赫定理 190

5.2.3布洛赫定理的证明 191

5.2.4布洛赫定理的一些重要推论 192

5.3近自由电子模型 193

5.3.1近自由电子模型 193

5.3.2近自由电子的能量与波函数 194

5.4紧束缚模型——原子轨道线性组合法 203

5.5克龙尼克—潘纳模型 207

5.6晶体中电子的准经典运动 212

5.6.1布洛赫电子的速度 212

5.6.2布洛赫电子的准动量 213

5.6.3晶体中电子的加速度和有效质量张量 214

5.7能带填充与导电性 218

5.7.1满带 218

5.7.2空穴 220

5.7.3导体、半导体和绝缘体 221

5.8实际晶体的能带 223

5.8.1能带简并 223

5.8.2k空间等能面 224

5.8.3电子回旋共振 225

5.8.4硅和锗的能带结构 227

5.8.5砷化镓的能带结构 231

5.8.6氮化镓和氮化铝的能带结构 232

5.8.7碳化硅的能带结构 233

5.9能带计算的其它方法 234

5.10能带计算过程与计算软件简介 239

本章小结 248

思考题 250

习题 251

参考文献 253

第6章 晶体中的缺陷 254

6.1点缺陷 254

6.1.1几种典型的点缺陷 254

6.1.2热缺陷的统计理论 256

6.1.3色心 258

6.2线缺陷 260

6.2.1晶体的剪切强度 260

6.2.2位错的基本类型 262

6.2.3位错的运动 263

6.2.4位错与晶体性质的关系 264

6.3面缺陷 265

6.3.1小角晶界 265

6.3.2堆垛层错 266

6.4扩散和原子的布朗运动 267

6.4.1扩散的宏观规律 267

6.4.2扩散的微观机制 269

6.4.3扩散系数 270

6.5半导体中的杂质和缺陷能级 273

6.5.1施主能级和受主能级 273

6.5.2缺陷能级 277

6.6位错的应力场与弹性应变能 279

6.6.1位错的应力场 279

6.6.2位错的弹性应变能 282

本章小结 283

思考题 284

习题 284

参考文献 285

第7章 晶体的导电性 286

7.1分布函数与玻耳兹曼方程 286

7.1.1电子的分布函数 287

7.1.2晶体中的电流密度 287

7.1.3玻耳兹曼方程 288

7.2晶体中的散射机制 288

7.2.1半导体中的电子散射机制 289

7.2.2金属中的电子散射机制 292

7.3弛豫时间近似与金属和半导体的电导率 293

7.3.1弛豫时间近似 293

7.3.2金属的电导率 294

7.3.3半导体的电导率 296

7.4迁移率与温度的关系 297

7.4.1漂移速度和迁移率 297

7.4.2平均自由时间与散射概率 298

7.4.3迁移率与杂质和温度的关系 299

7.5电导率与温度的关系 302

7.5.1金属电导率与温度的关系 302

7.5.2非简并半导体的电导率与温度的关系 304

7.6超导电性 308

7.6.1超导态与超导体 308

7.6.2超导态的基本特征 310

7.6.3伦敦方程 313

7.6.4BCS理论 314

7.7约瑟夫森效应及意义 318

本章小结 320

思考题 321

习题 321

参考文献 322