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第一章 晶体结构 1

1.1晶体的周期结构 1

1.1.1 点阵和基元 1

1.1.2原胞的基矢 2

1.1.3 晶胞 3

1.1.4维格纳－赛茨原胞 3

1.2十四种布拉维格子和七大晶系 4

1.2.1 布拉维点阵的晶胞类型 4

1.2.2 晶系 5

1.3典型的晶体结构 5

1.3.1 面心立方及有关的复式格子 5

1.3.2体心立方及氯化铯结构 7

1.3.3 密集型结构 8

1.4晶面和米勒指数 9

1.4.1 晶列指数 9

1.4.2 晶面指数 10

1.5晶体的对称性 10

1.5.1 晶体许可的旋转对称轴 11

1.5.2 反演 11

1.5.3 晶体的旋转反演轴 11

1.5.4 滑移面和螺旋轴 14

习 题 16

第二章 晶体中的衍射 17

2.1概述 17

2.1.1 波长与晶格常数同量级的几种粒子束 17

2.1.2衍射波的波幅与强度 17

2.2晶体的倒格子和布里渊区 18

2.2.1倒格子基矢 18

2.2.2 布里渊区 20

2.3晶体的衍射条件 21

2.3.1 劳厄方程 21

2.3.2布拉格反射 21

2.4原子散射因子和几何结构因子 22

2.4.1 原子散射X射线的本领 22

2.4.2 晶体结构在衍射中的作用 24

2.5磁结构晶体对中子的衍射 25

2.5.1 磁性结构因子 26

2.5.2 低温MnO的磁结构 27

2.6 SEM与STM测定固体结构 28

2.6.1 扫描电子显微镜原理 28

2.6.2 扫描隧穿显微镜原理 30

习 题 32

第三章 晶体的结合 33

3.1 内聚能与晶体的力学、热学性质 33

3.1.1 内聚能 33

3.1.2 晶体的力学性质与热学性质 34

3.1.3 原子间的互作用力 35

3.2离子结合与离子晶体 36

3.2.1 原子的电离能、亲和能及电负性 36

3.2.2 离子对的形成 37

3.2.3 离子晶体的几何结构 38

3.2.4 离子晶体的内聚能 39

3.2.5 离子晶体的体积弹性模量 41

3.3范德瓦耳斯结合与分子晶体 41

3.3.1 范德瓦耳斯力 41

3.3.2 分子晶体的晶体结构 43

3.3.3 分子晶体的内聚能 43

3.4共价结合与共价晶体 45

3.4.1 氢分子中的共价键 45

3.4.2 共价键的饱和性和方向性 46

3.4.3 共价晶体的结构 47

3.4.4极性键及非极性键 48

3.4.5 共价晶体的内聚能 49

3.5金属结合及金属晶体 49

3.5.1 金属结合 49

3.5.2 金属的晶体结构 49

3.5.3金属的内聚能 49

3.6氢键结合与氢键晶体 50

3.6.1 氢键结合 50

3.6.2 氢键晶体——冰 50

3.7同分异构体 51

3.7.1 sp杂化轨道 52

3.7.2 C60分子及其固体 52

3.7.3 C60及A3C60固体 54

习 题 55

第四章 晶格振动和晶体的热学性质 57

4.1一维单原子链 57

4.1.1 运动方程 57

4.1.2 格波频率－波矢关系 58

4.1.3格波的波速与群速 58

4.1.4周期性边界条件 60

4.2一维双原子链的振动 60

4.2.1格波频谱分支 60

4.2.2两支格波的特征 62

4.3简正坐标和格波的量子 64

4.3.1 格波坐标 64

4.3.2格波的量子理论 66

4.4三维晶格的振动模 67

4.4.1 动力学矩阵 67

4.4.2格波的模式数 68

4.4.3格波频谱密度 69

4.4.4 范霍夫奇性 70

4.5离子晶体的光频模与电磁波耦合 71

4.5.1 长光频模的特点 71

4.5.2 黄昆方程 71

4.5.3 利戴恩－萨克斯－特勒关系 72

4.5.4 电磁耦合子 73

4.6声子谱的中子散射实验测定 74

4.6.1 中子非弹性散射 74

4.6.2 三轴中子谱仪 75

4.7晶格比热 75

4.7.1 高温下晶体的晶格比热 75

4.7.2低温晶格振动的内能 76

4.7.3 爱因斯坦模型 77

4.7.4德拜模型 77

4.8晶体物态方程和热膨胀 79

4.8.1 物态方程 80

4.8.2 热膨胀 81

4.8.3 离子晶体的热膨胀系数 82

4.9晶格热传导 83

4.9.1 热传导的物理图像 83

4.9.2 正常过程和翻转过程 84

习 题 86

第五章 晶体中的缺陷 87

5.1点缺陷 87

5.1.1 金属中的空位 87

5.1.2 空位浓度测定 88

5.1.3 弗仑克尔缺陷 89

5.1.4 杂质原子 90

5.1.5 反位缺陷 90

5.2晶体中的原子扩散 91

5.2.1 扩散系数 91

5.2.2 扩散机制 92

5.2.3 无规行走 93

5.3离子晶体的导电性 95

5.3.1 离子电导率 95

5.3.2 爱因斯坦关系 97

5.3.3快离子导体 97

5.4色心 98

5.4.1 F心 98

5.4.2 空穴型色心 100

5.4.3位形坐标图 100

5.5位错 101

5.5.1 晶体的临界切应力 101

5.5.2刃型位错 102

5.5.3派尔斯势垒 103

5.5.4螺型位错 104

5.5.5 螺型位错与晶体生长 105

5.5.6伯格斯回路 106

5.6面缺陷 106

5.6.1堆垛层错 106

5.6.2孪晶界面 107

5.6.3晶粒间界 107

习题 108

第六章 金属电子论 109

6.1金属自由电子气的量子理论 109

6.1.1 自由电子能级和能态密度 109

6.1.2 电子气的基态 111

6.1.3 化学势～温度关系 112

6.1.4 电子气的比热 113

6.2金属的电导过程 115

6.2.1玻尔兹曼方程 115

6.2.2金属电导率 116

6.2.3 电阻率与温度的关系 118

6.3在磁场中金属的输运性质 119

6.3.1 同时存在电场、磁场情况的玻尔兹曼方程 119

6.3.2霍尔效应 121

6.3.3磁致电阻 122

6.4电子发射 124

6.4.1 电子热发射 124

6.4.2光电效应 126

6.4.3场致发射 127

6.5等离子体 130

6.5.1 等离子体振荡 130

6.5.2等离体子 131

6.5.3屏蔽库仑势 132

6.5.4单粒子激发 133

6.6维格纳晶格 134

习题 136

第七章 周期场中的电子态 137

7.1周期性势场和布洛赫电子 137

7.1.1 单电子近似 138

7.1.2 布洛赫波 139

7.2近自由电子近似 142

7.2.1 一维周期势作为微扰 142

7.2.2 能隙由来 145

7.2.3三维情况 147

7.3紧束缚近似 150

7.3.1 原子轨道线性组合 150

7.3.2 能带和有效质量 151

7.3.3 等能面 153

7.4电子的准经典运动 153

7.4.1 布洛赫态中电子的平均速度 153

7.4.2 布洛赫电子在外场中的动力学 155

7.5能带填充与固体的导电性，价带、导带与满带 157

7.5.1 满带和不满带对电流的贡献 157

7.5.2 绝缘体、导体和半导体 158

7.6费米面和粒子的轨道 160

7.6.1 费米面构造法 160

7.6.2 电子和空穴轨道 162

习 题 164

第八章 半导体中的电子过程 165

8.1半导体的能带 165

8.1.1 金刚石结构中的sp3杂化 165

8.1.2 三个典型半导体的能带 167

8.2杂质半导体 169

8.2.1 施主杂质和受主杂质 169

8.2.2深能级杂质 172

8.3半导体中电子的统计分布 172

8.3.1 电子和空穴的数密度 172

8.3.2本征载流子密度 174

8.3.3 n型半导体中的电子分布 175

8.3.4 电子数密度随温度的变化 177

8.4半导体的电导率和霍尔效应 178

8.4.1 n型半导体的电导率 178

8.4.2 电子迁移率 181

8.4.3 n型半导体的霍尔效应 183

8.4.4 同时有两种载流子的霍尔系数 186

8.5非平衡载流子 187

8.5.1 非平衡少数载流子的产生和复合 187

8.5.2 非平衡载流子的复合机理 188

8.5.3 非平衡载流子的扩散 192

8.6 p-n结 194

8.6.1 p-n结的内建电势差 194

8.6.2 p-n结的整流特性 195

8.7金属－氧化物－半导体（MOS）结构 197

8.7.1 理想MOS结构的表面势 197

8.7.2 平带电压 198

8.7.3 MOS晶体管 199

8.8量子阱和超晶格 200

8.8.1 半导体量子阱 200

8.8.2 共振隧穿效应 203

8.8.3 超晶格的子能带 204

8.9二维电子气 206

8.9.1硅－MOS反型层 206

8.9.2 GaAs-AlGaAs异质结势阱 207

8.9.3 三角形势阱中的电子态 208

8.9.4朗道能级 209

习题 211

第九章 固体的表面和界面 212

9.1表面原子结构 212

9.1.1 表面二维晶格 212

9.1.2 维倒格子 213

9.1.3伍德符号 214

9.1.4低能电子衍射 214

9.1.5 弛豫、重构和偏析 215

9.1.6 金属表面重构的类型 216

9.1.7硅（111）-7×7重构 217

9.2表面原子振动 218

9.2.1 单原子链的表面模 218

9.2.2 一维双原子链的表面模 219

9.2.3 瑞利波 221

9.2.4 三维晶体的表面格波 223

9.3表面电磁耦合子 225

9.3.1 表面电磁振荡 225

9.3.2衰减全反射 226

9.4表面电子态 227

9.4.1表面能级 227

9.4.2 表面能带 229

9.4.3表面态密度 229

9.4.4 光电子谱 231

9.5量子霍尔效应 232

9.5.1 整数量子霍尔效应 232

9.5.2 分数量子霍尔效应 234

9.5.3劳夫林理论 235

9.5.4 复合费米子模型 238

习题 240

第十章 固体的介电性 241

10.1晶体的介电常数 241

10.1.1 宏观电场与退极化场 241

10.1.2局域场的洛伦兹模型 243

10.1.3克劳修斯－莫索提公式 245

10.2极化的微观机制 246

10.2.1 电子位移极化 246

10.2.2 离子位移极化 247

10.2.3 固有电偶极矩转向极化 248

10.2.4 可使固有电矩转向的局域场 249

10.3介电损耗和极化弛豫 250

10.3.1 在交变电场中介质的能量损耗 250

10.3.2极化滞后于电场 251

10.4铁电性 253

10.4.1 热电体和铁电体 253

10.4.2 铁电体的一般性质 253

10.5钛酸钡的铁电性 255

10.5.1位移型相变 255

10.5.2软模理论 257

10.6磷酸二氢钾的铁电性 259

10.6.1 磷酸二氢钾的晶体结构 259

10.6.2 氢键上氢核分布从无序变为有序 259

10.7朗道相变理论 260

10.7.1 铁电体的自由能密度 260

10.7.2二级相变 261

10.7.3一级相变 262

10.8极化子 263

10.8.1 电子与晶体离子极化的相互作用 263

10.8.2 球势阱模型——小极化子 264

10.8.3大极化子 265

习题 267

第十一章 固体的光学性质 268

11.1光学参数 268

11.1.1 光学参数与介电常数的关系 268

11.1.2 克拉默斯－克勒尼希（Kramers-Kronig）关系 270

11.2带间跃迁和本征光吸收 271

11.2.1 经典的洛伦兹理论 271

11.2.2量子理论 273

11.2.3 直接跃迁光吸收 275

11.2.4 间接跃迁光吸收 276

11.3激子的光吸收 277

11.3.1 两种激子 277

11.3.2松束缚激子的光吸收 277

11.3.3 紧束缚激子的光吸收 279

11.4极性晶体的晶格光反射和光吸收 280

11.4.1 极性晶体的反射谱 280

11.4.2 晶格单声子光吸收 280

11.4.3 晶格双声子光吸收 281

11.5拉曼散射 283

11.5.1 经典的拉曼散射理论 283

11.5.2拉曼张量 286

11.5.3微观的模型 287

11.6激光作用原理 288

11.6.1 粒子数反转 288

11.6.2负吸收系数 290

11.6.3 阈值条件 291

11.7激光器 292

11.7.1 Nd：YVO4激光器 292

11.7.2 半导体p-n结型激光器 292

11.8非线性极化和非线性光学 295

11.8.1 非线性极化率 295

11.8.2相位匹配 298

11.8.3 铁电晶体的非线性光学性质 299

11.8.4 Ⅲ-Ⅴ族半导体的非线性光学性质 300

习题 302

第十二章固体的磁性 303

12.1 固体磁性的一般论述 303

12.1.1 固体的磁化率 303

12.1.2 抗磁性及顺磁性 304

12.1.3铁磁性 304

12.1.4反铁磁体及亚铁磁体 305

12.2固体的抗磁性 305

12.2.1 芯电子的抗磁性 305

12.2.2 自由电子抗磁性 307

12.3固体的顺磁性 310

12.3.1 原子（离子）的磁性 310

12.3.2 洪德定则及顺磁离子 312

12.3.3 朗之万顺磁磁化率 314

12.3.4 自由电子的顺磁性 316

12.4电子顺磁共振 319

12.4.1共振原理 319

12.4.2 弛豫时间 320

12.4.3超精细互作用及应用 322

12.5铁磁性和外斯理论 323

12.5.1 磁滞回线与磁畴 323

12.5.2分子场理论 324

12.6交换相互作用 326

12.6.1 海森伯理论 326

12.6.2 间接交换作用和超交换作用 328

12.6.3巡游电子模型 329

12.7自旋波 331

12.7.1 自旋波及其色散关系 331

12.7.2布洛赫T3/2规律 333

12.8反铁磁性及亚铁磁性 335

12.8.1反铁磁性 335

12.8.2亚铁磁性 338

12.9巨磁电阻和超巨磁电阻效应 339

12.9.1 巨磁电阻效应的由来 339

12.9.2 自旋相关散射和双电流模型 341

12.9.3 超薄三层膜的巨磁电阻效应 341

12.9.4 氧化物的超巨磁电阻效应 342

习题 345

第十三章超导电性 346

13.1超导态的基本特性 347

13.1.1零电阻性质 347

13.1.2完全抗磁性 348

13.1.3 临界磁场和超导态的凝聚能 349

13.1.4熵和比热 350

13.1.5 二流体模型 352

13.2伦敦理论和皮帕德修正 352

13.2.1伦敦方程 352

13.2.2宏观量子现象 354

13.2.3 皮帕德方程 355

13.3金兹堡－朗道理论 356

13.3.1 超导态自由能密度的新表述 357

13.3.2金兹堡－朗道方程 358

13.3.3超导体的界面能 359

13.3.4 Ⅱ类超导体的磁化曲线 360

13.3.5 混合态 361

13.4 电子间有效吸引势和库珀对 362

13.4.1 同位素效应和电子－声子相互作用 362

13.4.2 库珀对 363

13.5 BCS超导理论 366

13.5.1 超导基态的总能量 366

13.5.2 能隙方程 367

13.5.3 BCS理论的重要结果 368

13.5.4 强耦合超导体 370

13.6超导能隙和隧穿效应 370

13.6.1 超导态的准粒子激发 370

13.6.2 MIM结的隧穿效应 372

13.6.3 NIS结的隧穿效应 373

13.6.4 超导体之间的隧穿效应 375

13.6.5 超导能隙的温度关系 376

13.7约瑟夫森效应 377

13.7.1 直流约瑟夫森效应 378

13.7.2 交流约瑟夫森效应 379

13.7.3 磁场对超导相位的调制作用 381

13.7.4超导量子干涉现象 382

13.8高温超导体 384

13.8.1 几种铜氧化物超导体的晶体结构 384

13.8.2 正常态的物理特性 387

13.8.3 超导态的性质 390

习题 395

第十四章非晶固体和准晶体 396

14.1非晶体 396

14.2固体中短程序的实验分析 397

14.2.1 径向分布函数 397

14.2.2 扩展X射线吸收精细结构 400

14.3无序固体中的电子态 403

14.3.1 安德森定域化电子态 403

14.3.2 定域态的模拟实验 406

14.4非晶态半导体 407

14.4.1 掺氢非晶硅的网络结构 407

14.4.2 变程跳跃电导 409

14.4.3非晶硅器件 411

14.4.4 非晶硅的振动谱 413

14.5非晶铁磁体及自旋玻璃 413

14.5.1 非晶铁磁体的磁性 414

14.5.2近藤效应 416

14.5.3 自旋玻璃 418

14.6准晶体 419

14.6.1 具有二十面体对称的准晶体 419

14.6.2 彭罗斯拼块和裴波那契数列 419

14.7准晶体的X射线衍射图 423

14.7.1 由二维晶格投影得一维准晶 423

14.7.2 一维准晶的衍射斑图样 424

14.7.3 二十面体准晶的衍射图样描述 426

习题 428

第十五章介观和纳米固体 429

15.1 电磁矢势和电磁波相位 429

15.1.1 什么是矢势 429

15.1.2 矢势A对电子运动的作用 430

15.2阿哈若诺夫－博姆效应 431

15.2.1 AB效应的由来 431

15.2.2 AB效应的实验研究 432

15.3 ASS效应 434

15.3.1 什么是弱定域化 434

15.3.2 弱定域化磁致电阻 435

15.3.3 ASS效应的实验结果 435

15.4普适电导涨落和朗道尔电导理论 436

15.4.1 普适电导涨落 436

15.4.2 朗道尔电导模型 438

15.5纳米微粒 440

15.5.1 离散的电子能级 440

15.5.2微粒的比热和磁化率 441

15.6原子簇 442

15.6.1 简单金属团簇 442

15.6.2 半导体原子簇 443

15.7库仑阻塞效应 444

15.7.1 隧道结的Ⅰ～Ⅴ特性 445

15.7.2 单库仑岛的阻塞 447

15.7.3 量子点的库仑阻塞 448

15.8点接触量子化电导和电子波导 449

15.8.1 子能带和一维电导 450

15.8.2 电子波导 451

15.9碳纳米管 452

15.9.1 碳纳米管的结构 453

15.9.2 单层石墨π电子的能带 454

15.9.3 单壁碳纳米管的电子态 455

习题 457

参考书目 458

附录 460

一、国际科技数据委员会（CODATA）推荐的物理基本常数（1999年公布）表 460

二、SI词头表 460

索引 461