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 二维倒格子 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
11.9 光纤和固体电荷耦合器件的原理 301
11.9.1 光纤传输光信号的原理 302
11.9.2 光纤的损耗 305
11.9.3 MOS电容特性 305
11.9.4 三相N沟CCD 306
习题 308
第十二章 固体的磁性 309
12.1 固体磁性的一般论述 309
12.1.1 固体的磁化率 309
12.1.2 抗磁性及顺磁性 310
12.1.3 铁磁性 310
12.1.4 反铁磁体及亚铁磁体 311
12.2 固体的抗磁性 311
12.2.1 芯电子的抗磁性 311
12.2.2 自由电子抗磁性 313
12.3 固体的顺磁性 316
12.3.1 原子（离子）的磁性 316
12.3.2 洪德定则及顺磁离子 318
12.3.3 朗之万顺磁磁化率 320
12.3.4 自由电子的顺磁性 322
12.4 电子顺磁共振 325
12.4.1 共振原理 325
12.4.2 弛豫时间 326
12.4.3 超精细互作用及应用 328
12.5 铁磁性和外斯理论 329
12.5.1 磁滞回线与磁畴 329
12.5.2 分子场理论 330
12.6 交换相互作用 332
12.6.1 海森伯理论 332
12.6.2 间接交换作用和超交换作用 334
12.6.3 巡游电子模型 335
12.7 自旋波 337
12.7.1 自旋波及其色散关系 337
12.7.2 布洛赫T3/2规律 339
12.8 反铁磁性及亚铁磁性 341
12.8.1 反铁磁性 341
12.8.2 亚铁磁性 344
12.9 巨磁电阻和超巨磁电阻效应 345
12.9.1 巨磁电阻效应的由来 345
12.9.2 自旋相关散射和双电流模型 347
12.9.3 超薄三层膜的巨磁电阻效应 347
12.9.4 氧化物的超巨磁电阻效应 348
习题 351
第十三章 超导电性 352
13.1 超导态的基本特性 353
13.1.1 零电阻性质 353
13.1.2 完全抗磁性 354
13.1.3 临界磁场和超导态的凝聚能 355
13.1.4 熵和比热 356
13.1.5 二流体模型 358
13.2 伦敦理论和皮帕德修正 358
13.2.1 伦敦方程 358
13.2.2 宏观量子现象 360
13.2.3 皮帕德方程 361
13.3 金兹堡-朗道理论 362
13.3.1 超导态自由能密度的新表述 363
13.3.2 金兹堡-朗道方程 364
13.3.3 超导体的界面能 365
13.3.4 Ⅱ类超导体的磁化曲线 366
13.3.5 混合态 367
13.4 电子间有效吸引势和库珀对 368
13.4.1 同位素效应和电子-声子相互作用 368
13.4.2 库珀对 369
13.5 BCS超导理论 372
13.5.1 超导基态的总能量 372
13.5.2 能隙方程 373
13.5.3 BCS理论的重要结果 374
13.5.4 强耦合超导体 376
13.6 超导能隙和隧穿效应 376
13.6.1 超导态的准粒子激发 376
13.6.2 MIM结的隧穿效应 378
13.6.3 NIS结的隧穿效应 379
13.6.4 超导体之间的隧穿效应 381
13.6.5 超导能隙的温度关系 382
13.7 约瑟夫森效应 383
13.7.1 直流约瑟夫森效应 384
13.7.2 交流约瑟夫森效应 385
13.7.3 磁场对超导相位的调制作用 387
13.7.4 超导量子干涉现象 388
13.8 高温超导体 390
13.8.1 几种铜氧化物超导体的晶体结构 390
13.8.2 正常态的物理特性 393
13.8.3 超导态的性质 396
习题 401
第十四章 非晶固体和准晶体 402
14.1 非晶体 402
14.2 固体中短程序的实验分析 403
14.2.1 径向分布函数 403
14.2.2 扩展X射线吸收精细结构 406
14.3 无序固体中的电子态 409
14.3.1 安德森定域化电子态 409
14.3.2 定域态的模拟实验 412
14.4 非晶态半导体 413
14.4.1 掺氢非晶硅的网络结构 413
14.4.2 变程跳跃电导 415
14.4.3 非晶硅器件 417
14.4.4 非晶硅的振动谱 419
14.5 非晶铁磁体及自旋玻璃 419
14.5.1 非晶铁磁体的磁性 420
14.5.2 近藤效应 422
14.5.3 自旋玻璃 424
14.6 准晶体 425
14.6.1 具有二十面体对称的准晶体 425
14.6.2 彭罗斯拼块和裴波那契数列 425
14.7 准晶体的X射线衍射图 428
14.7.1 由二维晶格投影得一维准晶 429
14.7.2 一维准晶的衍射斑图样 430
14.7.3 二十面体准晶的衍射图样描述 432
习题 434
第十五章 介观和纳米固体 435
15.1 电磁矢势和电磁波相位 435
15.11 什么是矢势 435
15.1.2 矢势A对电子运动的作用 436
15.2 阿哈若诺夫-博姆效应 437
15.2.1 AB效应的由来 437
15.2.2 AB效应的实验研究 438
15.3 ASS效应 440
15.3.1 什么是弱定域化 440
15.3.2 弱定域化磁致电阻 441
15.3.3 ASS效应的实验结果 441
15.4 普适电导涨落和朗道尔电导理论 442
15.4.1 普适电导涨落 442
15.4.2 朗道尔电导模型 444
15.5 纳米微粒 446
15.5.1 离散的电子能级 446
15.5.2 微粒的比热和磁化率 447
15.6 原子簇 448
15.6.1 简单金属团簇 448
15.6.2 半导体原子簇 449
15.7 库仑阻塞效应 450
15.7.1 隧道结的I-V特性 451
15.7.2 单库仑岛的阻塞 453
15.7.3 量子点的库仑阻塞 454
15.8 点接触量子化电导和电子波导 455
15.8.1 子能带和一维电导 456
15.8.2 电子波导 457
15.9 碳纳米管 458
15.9.1 碳纳米管的结构 459
15.9.2 单层石墨π电子的能带 460
15.9.3 单壁碳纳米管的电子态 461
习题 463
参考书目 464
附录 466
一、国际科技数据委员会（CODATA）2006年推荐的物理基本常数简表 466
二、SI词头表 466
索引 467