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第一章 晶体的结构及其对称性 1

1.1晶格及其平移对称性 1

一、晶体结构及基元 1

二、结点和点阵 6

三、基矢和元胞 7

1.2晶列和晶面 11

一、晶列及其晶向标志 11

二、晶面及有理指数定律 11

三、晶面指数与密勒指数 14

1.3倒点阵 14

一、点阵傅里叶变换 倒点阵 15

二、倒点阵的性质 17

1.4晶体的宏观对称性 20

一、宏观对称性的描述 21

二、平移对称性对宏观对称性的限制 22

三、实例 25

四、晶体的宏观对称性与宏观物理性质 26

1.5晶体点阵和结构的分类 28

一、群的概念 28

二、7个晶系和14种点阵 29

三、晶体结构的32种点群和230种空间群 36

1.6晶体X射线衍射 39

一、布拉格反射公式 39

二、劳厄方程 40

三、原子散射因子与几何结构因子 43

四、埃瓦尔德构图法与三种重要的X射线晶体学分析方法 48

1.7准晶体 50

一、一维准周期点阵 52

二、投影理论及其衍射谱 53

第二章 晶体的结合 58

2.1原子的负电性 59

一、原子的电离能 59

二、原子的亲和能 59

三、原子的负电性 59

2.2晶体结合的类型 60

一、金属键结合 60

二、共价键结合 61

三、离子键结合 64

四、范德瓦耳斯键结合 65

五、氢键结合 67

六、混合键结合 68

2.3结合能 71

一、内能函数与结合能 71

二、离子晶体的结合能 72

三、惰性气体晶体的结合能 75

第三章 晶格动力学和晶体的热学性质 78

3.1简正模和格波 79

一、微振动理论——简正模 79

二、格波 82

3.2一维单原子链振动 83

一、运动方程及其解 83

二、格波特性 84

三、玻恩-冯卡门边界条件 86

四、简正坐标 88

3.3一维双原子链振动 90

一、运动方程及其解 90

二、声学波和光学波 91

三、玻恩-冯卡门边界条件 93

3.4三维晶格振动 格波量子——声子 93

一、三维晶格振动 94

二、格波量子——声子 96

3.5离子晶体中的长光学波 99

一、离子晶体中长光学晶格振动产生的内场 99

二、长光学波的宏观运动方程 100

三、离子晶体长光学波的本征频率ωTO和ωLO 102

四、极化激元 104

3.6非完整晶格的振动 局域模 108

一、一维完整单原子链的扩展模式 108

二、含单个缺陷的一维原子链的振动频率 110

三、局域模 112

3.7晶格比热容 115

一、声子态密度 115

二、爱因斯坦模型和爱因斯坦比热容 118

三、德拜模型和德拜比热容 119

3.8晶格状态方程和热膨胀 123

一、自由能和格林艾森状态方程 123

二、热膨胀及其格林艾森关系 125

三、热膨胀与非谐效应 126

第四章 能带论 129

4.1布洛赫定理和布洛赫波 130

一、平移算符 周期场中单电子状态的标志 130

二、布洛赫定理和布洛赫波 133

三、布洛赫波能谱特征 134

4.2平面波法 137

4.3近自由电子近似 140

一、零级近似 140

二、非简并微扰 141

三、简并微扰 142

四、布里渊区、能带、能隙和禁带 143

五、能隙的成因 146

六、简约波矢-k和自由电子的波矢k 148

七、能带的能区图式 149

4.4紧束缚近似 152

一、万尼尔函数 152

二、紧束缚近似 153

4.5正交平面波法 156

4.6赝势方法 159

4.7能带电子态密度 162

一、自由电子的能态密度 162

二、能带电子的能态密度 164

4.8布洛赫电子的动力学性质 165

一、准经典近似 166

二、波包在外场中的运动 布洛赫电子的准动量 169

三、加速度和有效质量 171

四、准经典近似的物理含义 173

4.9布洛赫电子在恒定电场中的准经典运动 173

一、恒定电场下的动力学 173

二、碰撞、弛豫时间、金属电导率公式 175

三、满带电子不导电 176

四、近满带和空穴 177

五、导体、绝缘体和半导体的能带特征 178

4.10布洛赫电子在恒定磁场中的准经典运动 179

一、恒定磁场下的动力学 179

二、轨道量子化 183

4.11布洛赫电子在相互垂直的恒定电场和磁场中的运动 186

一、霍耳效应和磁致电阻 186

二、双能带模型下的霍耳效应和磁致电阻 189

4.12能带论的局限性 193

一、电子之间的关联效应 193

二、无序系统中波的局域化 195

第五章 金属电子论 198

5.1费米分布函数和自由电子气比热容 198

一、费米分布函数 198

二、基态（T=0 K）下的分布函数f0 （E）和自由电子气的费米能EF 198

三、激发态（T≠0 K）时，自由电子气的化学势μT） 200

四、自由电子气的比热容 202

5.2金属的费米面 205

一、金属费米面的构造 哈里森构图法 205

二、实际金属的费米面 207

5.3费米面的实验测定 209

一、回旋共振 209

二、德哈斯-范阿尔芬效应 211

5.4输运现象 214

一、非平衡分布函数 214

二、玻耳兹曼方程 216

5.5金属的电导率 218

一、弛豫时间近似 218

二、电导率公式 219

5.6弛豫时间τ（k）与碰撞概率θ（k，k′）的关系 221

5.7电子-声子相互作用与金属电阻率 223

一、随时间变化的微扰势 223

二、散射概率θ（k，k′） 224

三、电阻率的温度关系 227

5.8等离激元与准电子 229

一、等离激元 229

二、电子气的个别激发 231

三、静电屏蔽 准电子 232

四、等离子体中的横振动 234

第六章 半导体电子论 236

6.1半导体的基本特征和分类 236

一、本征半导体 236

二、杂质半导体 237

三、半导体的带隙 238

四、激子 241

6.2半导体带边的能带结构和有效质量 244

一、能带计算的k·p方法 244

二、回旋共振实验 249

6.3半导体中载流子的浓度 251

一、半导体中载流子的统计分布 251

二、载流子浓度 251

三、化学势的确定 252

四、半导体中载流子的简并 255

6.4接触效应 256

一、pn结 256

二、金属-半导体结 260

三、MOS结和MOS晶体管 264

6.5半导体中载流子的输运问题 266

一、电导率 266

二、霍耳效应 269

三、量子霍耳效应 270

第七章 固体磁性 274

7.1原子磁性及外场响应 275

一、轨道磁矩、自旋磁矩和原子磁矩 275

二、洪德定则 277

三、原子在外磁场下的响应 279

7.2抗磁性 280

7.3顺磁性 282

一、居里定律 282

二、理论的局限性 286

7.4载流子的磁性 292

一、自由电子气的泡利顺磁性 292

二、自由电子气的朗道抗磁性 294

三、非简并载流子的顺磁性和抗磁性 296

7.5铁磁性 297

一、实验事实 297

二、分子场理论 298

三、自发磁化的局域电子模型 300

四、铁磁体在外场下的磁化过程 302

7.6铁磁自旋波 306

一、平均场近似的困难 306

二、铁磁自旋波 309

7.7铁磁金属自发磁化的巡游电子模型 313

7.8自旋相关输运 315

一、电子隧穿电导 315

二、自旋极化 316

三、电子的自旋相关隧穿电导 317

四、自旋阀结构 318

7.9反铁磁性 320

一、实验事实 320

二、反铁磁性的奈耳理论 322

7.10超交换作用和双交换作用 326

一、安德森的反铁磁超交换作用 326

二、齐纳的铁磁双交换作用 327

第八章 超导电性 330

8.1超导体的基本物理性质 331

一、超导体的输运性质 331

二、超导体的磁学性质 333

三、超导体的热力学性质 334

四、同位素效应 335

8.2超导电性的物理机制与理论 336

一、超导电性的物理起源 336

二、Gorter和Casimir的二流体模型 339

三、London唯象理论模型 341

四、Pippard非局域理论扩展 343

五、Ginzburg-Landau理论 345

8.3超导弱连接和宏观量子效应 349

一、约瑟夫森效应 349

二、超导量子干涉仪 353

8.4超导电性的展望 354

习题选编 356

主要参考书 370