固体物理导论 第8版PDF电子书下载

第1章 晶体结构 1

1.1 原子的周期性阵列 1

1.1.1 晶格平移矢量 3

1.1.2 结构基元与晶体结构 3

1.1.3 原胞 4

1.2 晶格的基本类型 5

1.2.1 二维晶格的分类 5

1.2.2 三维晶格的分类 5

1.3 晶面指数系统 9

1.4 简单晶体结构 10

1.4.1 氯化钠型结构 10

1.4.2 氯化铯型结构 11

1.4.3 六角密堆积（hcp）型结构 12

1.4.4 金刚石型结构 13

1.4.5 立方硫化锌型结构 14

1.5 原子结构的直接成像 14

1.6 非理想晶体结构 17

1.6.1 无规堆垛和多型性 17

1.7 晶体结构的有关数据 17

小结 17

习题 17

第2章 晶体衍射和倒格子 19

2.1 晶体衍射 19

2.1.1 布拉格定律 19

2.2 散射波振幅 21

2.2.1 傅里叶分析 21

2.2.2 倒格矢 23

2.2.3 衍射条件 24

2.2.4 劳厄方程 25

2.3 布里渊区 26

2.3.1 简单立方晶格的倒格子 28

2.3.2 体心立方晶格的倒格子 28

2.3.3 面心立方晶格的倒格子 29

2.4 结构基元的傅里叶分析 30

2.4.1 体心立方晶格的结构因子 31

2.4.2 面心立方晶格的结构因子 31

2.4.3 原子形状因子 32

小结 33

习题 33

第3章 晶体结合与弹性常量 36

3.1 惰性气体晶体 41

3.1.1 范德瓦耳斯-伦敦相互作用 41

3.1.2 排斥相互作用 44

3.1.3 平衡晶格常量 45

3.1.4 内聚能 46

3.2 离子晶体 46

3.2.1 静电能或马德隆（Madelung）能 48

3.2.2 马德隆常数的计算 49

3.3 共价晶体 51

3.4 金属晶体 53

3.5 氢键晶体 53

3.6 原子半径 54

3.6.1 离子晶体半径 54

3.7 弹性应变的分析 56

3.7.1 膨胀 57

3.7.2 应力分量 58

3.8 弹性顺度与劲度常量 58

3.8.1 弹性能密度 59

3.8.2 立方晶体的弹性劲度常量 59

3.8.3 体积弹性模量与压缩率 60

3.9 立方晶体中的弹性波 61

3.9.1 沿［100］方向的弹性波 62

3.9.2 沿［110］方向的弹性波 62

小结 64

习题 65

第4章 声子（Ⅰ）：晶格振动 67

4.1 单原子结构基元情况下的晶格振动 67

4.1.1 第一布里渊区 69

4.1.2 群速 70

4.1.3 长波极限 71

4.1.4 从实验出发的力常量的推导 71

4.2 基元中含有两个原子的情况 71

4.3 弹性波的量子化 74

4.4 声子动量 75

4.5 声子引起的非弹性散射 75

小结 76

习题 77

第5章 声子（Ⅱ）：热学性质 79

5.1 声子比热容 79

5.1.1 普朗克分布 80

5.1.2 简正模的计算方法 80

5.1.3 一维情况下的态密度 81

5.1.4 三维情况下的态密度 83

5.1.5 计算态密度的德拜模型 83

5.1.6 德拜的T3律 84

5.1.7 计算态密度的爱因斯坦模型 85

5.1.8 D（ω）的一般表达式 87

5.2 非谐晶体相互作用 88

5.2.1 热膨胀 89

5.3 导热性 89

5.3.1 声子气的热阻率 91

5.3.2 倒逆过程 92

5.3.3 非理想晶格的情况 93

习题 94

第6章 自由电子费米气 96

6.1 一维情况下的能级 97

6.2 温度对费米-狄拉克分布的影响 99

6.3 三维情况下的自由电子气 99

6.4 电子气的比热容 102

6.4.1 金属比热容的实验结果 104

6.4.2 重费米子 106

6.5 电导率和欧姆定律 106

6.5.1 金属电阻率的实验结果 108

6.5.2 倒逆散射 109

6.6 在磁场中的运动 110

6.6.1 霍尔效应 111

6.7 金属的导热性 112

6.7.1 热导率与电导率之比 113

习题 113

第7章 能带 115

7.1 近自由电子模型 116

7.1.1 能隙的由来 117

7.1.2 能隙的大小 118

7.2 布洛赫函数 119

7.3 克勒尼希-彭尼模型 119

7.4 电子在周期势场中的波动方程 121

7.4.1 关于布洛赫定理的另一种表述形式 123

7.4.2 电子的晶体动量 123

7.4.3 关于中心方程的解 123

7.4.4 倒易空间中的克勒尼希-彭尼模型 124

7.4.5 空格点近似 125

7.4.6 在布里渊区边界附近的近似解 125

7.5 能带中的轨道数目 128

7.5.1 金属和绝缘体 128

小结 129

习题 129

第8章 半导体晶体 131

8.1 带隙 133

8.2 运动方程 135

8.2.1 公式？＝F的物理推导 136

8.2.2 空穴 137

8.2.3 有效质量 139

8.2.4 有效质量的物理基础 140

8.2.5 半导体中的有效质量 141

8.2.6 硅和锗 143

8.3 本征载流子浓度 144

8.3.1 本征迁移率 146

8.4 杂质导电性 147

8.4.1 施主态 147

8.4.2 受主态 149

8.4.3 施主和受主的热致电离 150

8.5 温差电效应 150

8.6 半金属 151

8.7 超晶格 152

8.7.1 布洛赫振子 152

8.7.2 齐纳隧道效应 152

小结 153

习题 153

第9章 费米面和金属 155

约化布里渊区图式 156

周期布里渊区图式 158

9.1 费米面的结构 158

9.1.1 近自由电子的情况 159

9.2 电子轨道、空穴轨道和开放轨道 161

9.3 能带的计算 163

9.3.1 能带计算的紧束缚法 163

9.3.2 维格纳-赛茨法 165

9.3.3 内聚能 166

9.3.4 赝势法 167

9.4 费米面研究中的实验方法 170

9.4.1 磁场中的轨道量子化 170

9.4.2 德哈斯-范阿尔芬效应 171

9.4.3 极值轨道 174

9.4.4 铜的费米面 174

9.4.5 磁击穿 176

小结 177

习题 177

第10章 超导电性 179

10.1 实验结果概述 180

10.1.1 超导电性的普遍性 182

10.1.2 磁场导致超导电性的破坏 182

10.1.3 迈斯纳效应 183

10.1.4 比热容 185

10.1.5 能隙 186

10.1.6 微波及红外性质 187

10.1.7 同位素效应 188

10.2 理论研究概述 188

10.2.1 超导相变热力学 188

10.2.2 伦敦方程 190

10.2.3 相干长度 192

10.2.4 超导电性的BCS理论 193

10.2.5 BCS基态 193

10.2.6 超导环内的磁通量子化 194

10.2.7 持续电流的存在时间 196

10.2.8 第Ⅱ类超导体 196

10.2.9 涡旋态 197

10.2.10 Hc1和Hc2的估算 197

10.2.11 单粒子隧道效应 199

10.2.12 约瑟夫森超导体隧道贯穿现象 200

10.2.13 直流（DC）约瑟夫森效应 200

10.2.14 交流（AC）约瑟夫森效应 201

10.2.15 宏观量子相干性 202

10.3 高温超导体 203

小结（CGS） 204

习题 204

参考文献 205

第11章 抗磁性与顺磁性 206

11.1 朗之万抗磁性方程 207

11.2 单核体系抗磁性的量子理论 208

11.3 顺磁性 209

11.4 顺磁性的量子理论 209

11.4.1 稀土离子 211

11.4.2 洪德定则 211

11.4.3 铁族离子 212

11.4.4 晶体场劈裂 213

11.4.5 轨道角动量猝灭 213

11.4.6 光谱劈裂因子 215

11.4.7 与温度无关的范弗莱克顺磁性 215

11.5 绝热去磁致冷 216

11.5.1 核去磁 217

11.6 传导电子的顺磁磁化率 218

小结（CGS） 220

习题 220

第12章 铁磁性与反铁磁性 222

12.1 铁磁序 223

12.1.1 居里点和交换积分 223

12.1.2 饱和磁化强度对温度的依赖关系 225

12.1.3 绝对零度下的饱和磁化强度 226

12.2 磁波子 228

12.2.1 自旋波的量子化 230

12.2.2 磁波子的热激发 230

12.3 中子磁散射 231

12.4 亚铁磁序 232

12.4.1 亚铁磁体的居里温度及其磁化率 233

12.4.2 铁石榴石（Iron Garnets） 234

12.5 反铁磁序 234

12.5.1 奈尔温度以下的磁化率 236

12.5.2 反铁磁性磁波子 237

12.6 铁磁畴 238

12.6.1 各向异性能 239

12.6.2 畴间的过渡区域 240

12.6.3 磁畴的起因 241

12.6.4 矫顽力和磁滞 242

12.7 单畴粒子 243

12.7.1 地磁和生物磁性现象 244

12.7.2 磁力显微术 244

小结（CGS） 245

习题 245

第13章 磁共振 248

13.1 核磁共振 249

13.1.1 运动方程 250

13.2 谱线宽度 254

13.2.1 线宽的运动致窄效应 254

13.3 超精细劈裂 256

13.3.1 举例：顺磁性点缺陷 257

A.卤化碱晶体中的F心 257

B.硅中的施主原子 259

13.3.2 奈特移位（Knight Shift） 259

13.4 核四极矩共振 260

13.5 铁磁共振 260

13.5.1 铁磁共振（FMR）中的形状效应 261

13.5.2 自旋波共振 261

13.6 反铁磁共振 263

13.7 电子顺磁共振 264

13.7.1 线宽的交换致窄效应 264

13.7.2 谱线的零场劈裂现象 264

13.8 微波激射作用的原理 264

13.8.1 三能级微波激射器 265

13.8.2 激光器 266

小结（CGS） 267

习题 267

第14章 等离体子、电磁耦子和极化子 269

14.1 电子气的介电函数 270

14.1.1 介电函数的定义 270

14.1.2 等离体光学 270

14.1.3 电磁波的色散关系 272

14.1.4 等离体中的横光学模 272

14.1.5 金属的紫外透明性 273

14.1.6 纵等离体振荡 273

14.2 等离体子（Plasmon） 274

14.3 静电屏蔽 276

14.3.1 屏蔽库仑势 278

14.3.2 赝势分量U（0） 278

14.3.3 莫特型金属-绝缘体转变 279

14.3.4 金属中的屏蔽效应和声子 280

14.4 电磁耦子 280

14.4.1 LST关系 282

14.5 电子-电子相互作用 285

14.5.1 费米液体 285

14.5.2 电子-电子碰撞 286

14.6 电子-声子相互作用：极化子 287

14.7 线型金属的派尔斯失稳性 289

小结（CGS） 290

习题 290

第15章 光学过程与激子 292

15.1 光学反射比 293

15.1.1 克拉默斯-克勒尼希关系 294

15.1.2 数学注释 295

15.1.3 举例：无碰撞电子气的电导率 296

15.1.4 电子的带间跃迁 296

15.2 激子 297

15.2.1 弗仑克尔激子 298

A.卤化碱晶体 300

B.分子晶体 300

15.2.2 弱束缚（莫特-万尼尔）激子 301

15.2.3 激子凝聚为电子-空穴液滴（EHD） 301

15.3 晶体中的拉曼效应 303

15.3.1 利用X射线得到的电子谱 304

15.4 快粒子在固体中的能量损失 305

小结 307

习题 307

第16章 介电体和铁电体 309

A.麦克斯韦方程组（Maxwell Equations） 310

B.极化强度（Polarization） 310

16.1 宏观电场 311

16.1.1 退极化场E1 312

16.2 原子位置上的局部场 314

16.2.1 洛伦兹场E2 315

16.2.2 空腔内诸偶极子的场E3 315

16.3 介电常量与极化率 316

16.3.1 电子极化率 317

16.3.2 电子极化率的经典理论 318

16.4 结构相变 318

16.5 铁电晶体 319

16.5.1 铁电晶体的分类 319

16.6 位移相变 321

16.6.1 软光学声子 322

16.6.2 相变的朗道（Landau）理论 323

16.6.3 二级相变 324

16.6.4 一级相变 324

16.6.5 反铁电性 325

16.6.6 铁电畴 327

16.6.7 压电性 327

小结 （CGS） 329

习题 329

第17章 表面与界面物理 332

17.1 重构和弛豫 332

17.2 表面晶体学 333

17.2.1 反射高能电子衍射 335

17.3 表面电子结构 336

17.3.1 功函数 336

17.3.2 热电子发射 337

17.3.3 表面态 337

17.3.4 表面上的切向输运 338

17.4 二维通道情况下的磁致电阻效应 339

17.4.1 整数量子霍尔效应（IQHE） 340

17.4.2 真实系统中的IQHE 341

17.4.3 分数量子霍尔效应（FQHE） 342

17.5 p-n结 343

17.5.1 整流特性 343

17.5.2 太阳电池和光生伏打型检测器 344

17.5.3 肖特基势垒 344

17.6 异质结结构 345

17.6.1 n-N异质结 346

17.7 半导体激光器 347

17.8 发光二极管（LED） 348

习题 349

第18章 纳米结构 351

18.1 纳米结构的显微成像技术 353

18.1.1 电子显微技术 354

18.1.2 光学显微技术 355

18.1.3 扫描隧道显微技术 356

18.1.4 原子力显微技术 357

18.2 一维（1D）系统的电子结构 359

18.2.1 一维（1D）子带 359

18.2.2 范霍甫（Van Hove）奇点的光谱技术 360

18.2.3 一维金属——库仑相互作用和晶格耦合 360

18.3 一维情况下的电输运 363

18.3.1 电导量子化和Landauer公式 363

18.3.2 串联共振隧道效应中的双势垒 364

18.3.3 非相干相加和欧姆定律 366

18.3.4 定域化 366

18.3.5 电压探头及Buttiker-Landauer理论 367

18.4 零维（0D）系统的电子结构 370

18.4.1 量子化能级 370

18.4.2 半导体纳米晶 371

18.4.3 金属量子点 372

18.4.4 离散电荷态 373

18.5 零维（0D）情况下的电输运 375

18.5.1 库仑振荡 375

18.5.2 自旋、莫特绝缘体和近藤效应 377

18.5.3 超导量子点中的库珀对效应 378

18.6 振动性质和热学性质 379

18.6.1 量子化振动模 379

18.6.2 横振动 380

18.6.3 比热容及热输运 381

小结 382

习题 382

第19章 非晶固体 384

19.1 衍射花样 384

19.1.1 单原子非晶材料 385

19.1.2 径向分布函数 386

19.1.3 透明石英（S1O2）的结构 386

19.2 玻璃 388

19.2.1 黏度和原子（分子）的跳迁速率 389

19.3 非晶铁磁体 390

19.4 非晶半导体 390

19.5 非晶固体中的低能激发 391

19.5.1 比热容的计算 391

19.5.2 热导率 393

19.6 纤维光学 393

19.6.1 瑞利（Rayleigh）衰减 394

习题 394

第20章 点缺陷 395

20.1 晶格空位 395

20.2 扩散 397

20.2.1 金属 399

20.3 色心 399

20.3.1 F心 400

20.3.2 卤化碱晶体中的其他色心 400

习题 402

第21章 位错 403

21.1 单晶体的剪切强度 403

21.1.1 滑移 404

21.2 位错 405

21.2.1 伯格斯矢量（Burgers Vector） 407

21.2.2 位错应力场 408

21.2.3 低角晶界 409

21.2.4 位错密度 411

21.2.5 位错增殖和滑移 411

21.3 合金的强度 412

21.4 位错与晶体生长 414

21.4.1 晶须 415

21.5 材料的硬度 416

习题 416

第22章 合金 417

22.1 概述 417

22.2 替代式固溶体——休姆-罗瑟里（Hume-Rothery）定则 419

22.3 有序-无序转变 422

22.3.1 有序化的基本理论 423

22.4 相图 425

22.4.1 共晶现象 425

22.5 过渡金属合金 426

22.5.1 导电性 428

22.6 近藤效应 428

习题 430

附录 431

附录A 反射谱线对温度的依赖关系 431

附录B 计算格点和的埃瓦尔德方法 433

B1.关于偶极子阵列格点和的埃瓦尔德-科尔菲尔德计算方法 435

附录C 弹性波的量子化：声子 435

C1.声子坐标 436

C2.产生算符与湮灭算符 437

附录D 费米-狄拉克分布函数 439

附录E dk/dt表达式的推导 440

附录F 玻尔兹曼输运方程 441

F1.粒子扩散 442

F2.经典分布 442

F3.费米-狄拉克分布 443

F4.电导率 444

附录G 矢势、场动量和规范变换 445

G1.拉格朗日运动方程 445

G2.哈密顿量的推导 446

G3.场动量 446

G4.规范变换 447

G5.伦敦方程中的规范 448

附录H 库珀对 448

附录I 金兹堡-朗道方程 449

附录J 电子 声子碰撞 452

常用数值表 455