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第1章 量子理论基础 1

1.1 微观粒子的基本属性 1

1.1.1 微观粒子的波粒二象性和波函数 1

1.1.2 微观粒子状态的可迭加性 3

1.1.3 全同微观粒子的不可分辨性 3

1.1.4 费米子和玻色子 4

1.2 薛定谔方程 6

1.2.1 含时间的薛定谔方程 6

1.2.2 不含时间的薛定谔方程-定态问题 9

1.2.3 定态问题举例 11

1.3 全同粒子体系的统计分布函数 17

1.3.1 微观状态及最概然分布 17

1.3.2 统计分布函数 19

1.4 多体体系的一种近似处理方法 21

1.5 固体物理的两个基本近似 24

附录1A 量子力学中的力学量 25

1A.1 算符和厄米算符 25

1A.2 厄米算符的本征值和本征函数 26

1A.3 算符的对易关系及共同本征函数 27

1A.4 量子力学中力学量的算符表述 28

附录1B 角动量及其本征值 28

习题1 30

第2章 晶体结构与晶体结合 31

2.1 晶体结构的周期性 31

2.2 晶体的宏观对称性与晶系 33

2.2.1 晶体的宏观对称性 34

2.2.2 布拉菲单胞与晶系 36

2.3 晶向与晶面指数 38

2.3.1 晶向及晶向指数 39

2.3.2 晶面及晶面指数 39

2.3.3 晶面间距 40

2.4 实际晶体结构举例 41

2.4.1 单质金属的晶体结构 41

2.4.2 碳同素异构体的晶体结构 43

2.4.3 立方ZnS（闪锌矿）结构 45

2.4.4 NaCl结构 45

2.4.4 CsCl结构 46

2.5 倒格子与布里渊区 47

2.5.1 倒格子 47

2.5.2 布里渊区 50

2.6 晶体的布拉格衍射条件 54

2.6.1 布拉格方程 55

2.6.2 布拉格衍射的波矢条件 56

2.6.3 结构因子与衍射消光 57

2.7 晶体结合的一般性质 58

2.7.1 原子间相互作用势能的特点 59

2.7.2 晶体的结合能与晶体的性质 60

2.8 晶体结合的分类 62

2.8.1 离子晶体 62

2.8.2 共价晶体 65

2.8.3 金属晶体 69

2.8.4 氢键晶体 69

2.8.5 分子晶体 70

附录2A 立方晶系原胞和单胞的关系 71

习题2 73

第3章 晶格振动与晶体的热性质 75

3.1 简谐近似 75

3.2 一维简单晶格的振动 77

3.2.1 振动方程与格波 77

3.2.2 周期性边界条件及波矢的取值 78

3.3 一维双原子复式晶格的振动 80

3.3.1 色散关系与独立格波数目 80

3.3.2 光学格波和声学格波 82

3.4 三维晶格振动 84

3.4.1 格波 85

3.4.2 周期性边界条件及格波数 86

3.5 晶格振动量子化与声子 89

3.5.1 晶格振动的量子化 89

3.5.2 关于声子的讨论 91

3.5.3 声子频谱的测定 92

3.6 晶格比热 94

3.6.1 实验规律及经典玻尔兹曼统计理论的困难 94

3.6.2 爱因斯坦模型 95

3.6.3 德拜模型 96

3.7 非简谐效应与晶体的热膨胀 104

3.8 晶格热传导 106

3.8.1 热导率与声子的平均自由程 107

3.8.2 声子间的碰撞过程 108

3.8.3 杂质和界面对声子的散射 111

3.9 离子晶体的长光学波 113

3.9.1 长光学晶格振动的特点 113

3.9.2 黄昆方程和LST关系 113

习题3 116

第4章 金属自由电子理论 117

4.1 经典自由电子理论 117

4.1.1 电导率 118

4.1.2 自由电子气比热 119

4.2 量子自由电子理论 120

4.2.1 自由电子的能级及态密度 120

4.2.2 费米能级 124

4.2.3 温度对电子化学式和分布规律的影响 128

4.3 金属的低温比热 130

4.4 金属的电导率 132

4.4.1 电导率公式 132

4.4.2 温度和杂质对电导率的影响 135

4.5 金属的霍尔效应 137

4.5.1 电子在静态磁场中的运动 137

4.5.2 霍尔效应 138

4.6 电子发射与接触势差 140

4.6.1 功函数和金属表面电子发射 140

4.6.2 接触势差 145

习题4 147

第5章 能带理论基础 149

5.1 基本假定 149

5.2 一维金属的能带 151

5.2.1 近自由电子模型和能带 152

5.2.2 布洛赫定理及能带的一般性 155

5.2.3 能带的特点 156

5.2.4 空晶格模型 158

5.3 布洛赫定理 159

5.3.1 布洛赫定理证明 159

5.3.2 关于布洛赫定理的讨论 161

5.3.3 波矢k的取值 161

5.4 能带的一般性质 163

5.4.1 晶体能带的普遍性 163

5.4.2 晶体能带一般性质 164

5.4.3 能带的表示方法 166

5.5 能带计算方法举例 167

5.5.1 近自由电子近似 167

5.5.2 紧束缚近似 171

5.6 能态密度和金属的费米面 176

5.6.1 电子态密度的一般表达式 176

5.6.2 金属的费米面 179

5.7 电子的准经典运动及晶体的导电性 182

5.7.1 布洛赫电子的速度 182

5.7.2 布洛赫电子在外场中的运动准经典近似 182

5.7.3 晶体的导电性与能带的关系 185

5.8 电子化合物与能带理论 189

习题5 193

第6章 半导体晶体 195

6.1 半导体的能带结构及本征光吸收 195

6.1.1 半导体能带的特点 195

6.1.2 典型半导体的能带结构 197

6.1.3 半导体的本征光吸收 200

6.2 电子的有效质量与空穴 202

6.3 杂质半导体 205

6.3.1 施主掺杂和施主能级 205

6.3.2 受主掺杂和受主能级 207

6.3.3 半导体中的几种电子过程 209

6.4 载流子的平衡统计分布 210

6.4.1 热平衡载流子的统计分布 210

6.4.2 本征半导体的热平衡载流子 213

6.4.3 杂质半导体的热平衡载流子 214

6.4.4 温度对载流子浓度的影响 216

6.5 导电性与霍尔效应 217

6.5.1 电导率 217

6.5.2 霍尔系数 218

6.5.3 迁移率与温度的关系 218

6.6 p-n结 220

6.6.1 p-n结的平衡势垒 221

6.6.2 p-n结的整流特性 223

6.6.3 耗尽层的宽度与扩散电容 225

6.6.4 p-n结的光生伏特效应 228

6.6.5 p-n结的光发射 229

6.7 半导体-非半导体接触 230

6.7.1 半导体和金属的肖特基接触 230

6.7.2 半导体和金属的欧姆接触 231

6.7.3 金属-绝缘体-半导体结构 232

习题6 235

第7章 固体的磁性 237

7.1 孤立原子和离子的磁矩 237

7.1.1 单电子有效磁矩 238

7.1.2 多电子原子的有效磁矩 240

7.2 基本概念及物质方程 242

7.3 固体的抗磁性 243

7.3.1 朗之万抗磁性 243

7.3.2 金属自由电子的朗道抗磁性 245

7.4 固体的顺磁性 245

7.4.1 普通顺磁性的实验规律与半经典理论 246

7.4.2 顺磁盐晶体的顺磁性 248

7.4.3 金属传导电子的泡利顺磁性 250

7.5 固体的铁磁性 251

7.5.1 铁磁性的实验规律 251

7.5.2 铁磁性的唯象理论 253

7.5.3 自发磁化的交换作用理论 257

7.5.4 自发磁化的能带模型 259

7.6 固体的反铁磁性 260

7.6.1 反铁磁性的实验规律 261

7.6.2 反铁磁性的唯象理论 261

7.6.3 反铁磁体的交换作用 266

7.7 固体的亚铁磁性 268

7.7.1 亚铁磁性的实验规律 268

7.7.2 亚铁磁性的唯象理论 272

7.7.3 亚铁磁体中的间接交换作用 272

7.8 强磁材料的磁畴与技术磁化 273

7.8.1 磁畴 274

7.8.2 磁晶各向异性 276

7.8.3 技术磁化 276

习题7 278

第8章 固体的介电和铁电性质 279

8.1 电介质的物质方程 279

8.2 电介质的极化 281

8.2.1 电介质中的电场 281

8.2.2 电介质极化的微观机制 285

8.3 极化驰豫 290

8.3.1 德拜驰豫方程 290

8.3.2 固有电矩转向极化的驰豫 292

8.3.3 极化率与频率的关系 293

8.4 铁电体的一般性质 294

8.4.1 铁电体的基本性质及分类 295

8.4.2 自发极化的微观机制 297

8.5 铁电相变 300

8.5.1 相变的热力学分类与对称性破缺 300

8.5.2 朗道二级相变理论 302

8.5.3 朗道-德冯希亚一级相变理论 305

习题8 309

第9章 固体的超导电性 311

9.1 超导体的基本性质 311

9.1.1 零电阻现象 311

9.1.2 完全抗磁性 313

9.1.3 临界磁场和临界电流密度 314

9.2 两类超导体 316

9.3 超导相变的热力学分析 317

9.3.1 超导态的内聚能 318

9.3.2 超导态的熵和比热 318

9.3.3 同位素效应 320

9.4 二流体模型及伦敦方程 321

9.4.1 二流体模型 321

9.4.2 伦敦方程 322

9.5 BCS理论 324

9.5.1 声子-声子相互作用与库柏对 324

9.5.2 BCS理论 326

9.6 隧道效应 328

9.6.1 单电子隧道效应 328

9.6.2 约瑟夫森效应 330

9.7 高Tc氧化物超导体 332

习题9 333

参考文献 335