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