综览 1
0.1 物质世界的层次化 1
0.1.1 20世纪的物理学 1
0.1.2 简单性与复杂性 4
0.1.3 层展现象 5
0.2 凝聚态物理学的范围 8
0.2.1 理论方法：量子力学与经典物理 9
0.2.2 凝聚现象 10
0.2.3 有序化 11
0.3 凝聚态物理学的历史透视与概念框架 13
0.3.1 固体物理学的范式 14
0.3.2 键与能带——从单电子近似走向关联电子态 16
0.3.3 合作现象及其它 18
0.3.4 凝聚态物理学的范式 19
参考文献 24
第一编 凝聚物质的结构 29
第一章 结构的对称性 29
1.1 关于对称性的基本概念 29
1.1.1 对称及对称操作 29
1.1.2 对称元素的组合定理 32
1.1.3 对称群 34
1.1.4 对称群的表示 35
1.2 有限结构与点群 37
1.2.1 对称轴的组合规则 37
1.2.2 循环群与二面体群 37
1.2.3 正多面体与立方点群 38
1.3 周期结构和空间群 41
1.3.1 周期结构和晶格 42
1.3.2 Bravais格 43
1.3.3 空间群 45
1.3.4 晶体结构的描述 47
1.4 物质结构和其Fourier变换 47
1.4.1 普遍情形 47
1.4.2 倒格 49
1.4.3 周期结构的Fourier变换 50
1.5 广义对称性 51
1.5.1 高维空间群 51
1.5.2 色群 51
1.5.3 倒空间的对称性 53
1.5.4 对称性的其它推广 53
参考文献 54
第二章 晶态结构及其构筑原理 55
2.1 堆积结构与相关问题 55
2.1.1 二维空间的拼砌、堆积和覆盖 55
2.1.2 三维空间的堆积和覆盖 57
2.1.3 结构中的空隙和相关问题 58
2.2 键连结构和相关问题 62
2.2.1 键连结构 62
2.2.2 氧化物的结构 63
2.2.3 结构族 64
2.3 曲面与曲率 66
2.3.1 曲面的曲率 66
2.3.2 Euler公式与Gauss-Bonnet公式 67
2.3.3 曲面概述 68
2.3.4 Fuller烯和相关的结构 70
2.4 准周期结构 72
2.4.1 无理数与准周期函数 73
2.4.2 一维准周期结构 73
2.4.3 二维周期结构的投影 75
2.4.4 二维准周期结构 77
2.4.5 三维准周期结构 80
2.4.6 基本概念的讨论 80
参考文献 83
第三章 晶态之外 85
3.1 合金与取代无序 85
3.1.1 有序与无序的合金 85
3.1.2 分布函数与关联函数 87
3.2 液体与玻璃 88
3.2.1 概述 88
3.2.2 统计描述 90
3.2.3 非晶态的结构模型 93
3.3 液晶 96
3.3.1 概述 96
3.3.2 向列相和胆甾相 96
3.3.3 近晶相和柱状相 99
3.3.4 溶致液晶及其它 100
3.4 聚合物 101
3.4.1 结构和构型 101
3.4.2 无规线团与溶胀线团 104
3.4.3 单链的关联函数及其实验测定 106
3.4.4 有序与部分有序结构 108
3.5 生物聚合物 110
3.5.1 核酸的结构 110
3.5.2 蛋白质的结构 110
3.5.3 信息与结构 113
参考文献 114
第四章 非均质结构 115
4.1 复相结构 115
4.1.1 结构层次与多层次结构 115
4.1.2 非均质材料的微结构特征 118
4.1.3 有效媒质近似：二相合金微结构与物性关联问题处理实例 122
4.2 结构的几何相变：逾渗 123
4.2.1 键逾渗与座逾渗 123
4.2.2 逾渗理论概述 124
4.2.3 逾渗的实例 126
4.3 分形 127
4.3.1 理想分形与分形维数 128
4.3.2发实际的分形 129
4.3.3 自仿射分形 131
4.3.4 多重分形的基本概念 133
参考文献 135
第二编 各种物质结构中波的行为 139
第五章 周期和准周期结构中波的传播 139
5.1 波传播概念的统一性 139
5.1.1 波方程和周期势 139
5.1.2 Bloch波 140
5.1.3 经典波研究的复兴 142
5.2 晶体中的电子 143
5.2.1 自由电子气模型 143
5.2.2 近自由电子模型 144
5.2.3 紧束缚电子模型 146
5.2.4 超晶格的Kronig-Penney模型 148
5.2.5 态密度和维度性 150
5.3 格波与弹性波 151
5.3.1 格波的色散关系 152
5.3.2 格波的频谱 154
5.3.3 周期复合介质中的弹性波-声子晶体 156
5.4 周期结构中的电磁波 157
5.4.1 层状周期介质中的光子带隙 157
5.4.2 X射线动力学衍射 159
5.4.3 光子晶体的能隙 163
5.4.4 非线性光学晶体的准相位匹配 166
5.5 准周期结构中的波 169
5.5.1 一维准晶的电子能谱和波函数 169
5.5.2 人工 Fibonacci结构中波的透射 171
5.5.3 实际准晶的赝能隙 173
参考文献 175
第六章 Bloch电子动力学 177
6.1 能带电子的基本性质 177
6.1.1 电子速度和有效质量 177
6.1.2 金属和非金属 179
6.1.3 空穴 181
6.1.4 金属中电子的比热 182
6.2 电场中电子的运动 183
6.2.1 Bloch振荡 183
6.2.2 负微分电阻 185
6.2.3 Wannier-Stark梯 186
6.3 磁场中电子的运动 189
6.3.1 回旋共振 189
6.3.2 Landau量子化 191
6.3.3 de Haas-van Alphen效应 195
6.3.4 传导电子磁化率 198
参考文献 201
第七章 表面和杂质效应 203
7.1 表面电子态 203
7.1.1 金属表面 203
7.1.2 半导体表面态 207
7.2 电子杂质态 209
7.2.1 带电中心的屏蔽效应 210
7.2.2 电子局域模 212
7.2.3 电子自旋密度振荡 214
7.3 与表面及杂质相关的振动 215
7.3.1 表面振动 215
7.3.2 杂质振动模 217
7.4 光子晶体中的缺陷模 220
7.4.1 层状周期性结构中的电磁表面模 220
7.4.2 点缺陷 222
7.4.3 线缺陷 224
参考文献 225
第八章 输运性质 227
8.1 正常输运 227
8.1.1 Boltzmann方程 227
8.1.2 直流和交流电导率 229
8.1.3 金属电阻率的微观机制 231
8.1.4 半导体中的电输运 234
8.1.5 其它的输运系数 236
8.2 磁场中的电荷输运与自旋输运 237
8.2.1 经典Hall效应 238
8.2.2 发Shubnikov-de Haas效应 239
8.2.3 正常磁电阻及其各向异性 241
8.2.4 自旋极化与自旋输运 247
8.2.5 铁磁金属的电阻率与磁电阻 248
8.3 隧穿现象 250
8.3.1 势垒透射 250
8.3.2 半导体超晶格的共振隧穿 253
8.3.3 电击穿和磁击穿 255
8.3.4 隧道磁电阻 258
8.3.5 扫描隧道显微术 260
参考文献 263
第九章 无序系统中波的定域化 265
9.1 定域化的物理图像 265
9.1.1 波定域化的简单演示 265
9.1.2 特征长度和特征时间 266
9.1.3 粒子扩散和定域化 268
9.2 弱定域化 269
9.2.1 增强背散射 269
9.2.2 依赖于尺寸的扩散系数 271
9.2.3 电导的干涉修正 273
9.3 强定域化 274
9.3.1 连续渗流模型 275
9.3.2 Anderson模型 276
9.3.3 迁移率边 279
9.3.4 Edwards模型 280
9.3.5 跳跃电导 281
9.3.6 光的强定域化 283
参考文献 285
第十章 介观量子输运 287
10.1 介观系统的特点 287
10.1.1 介观结构的界定 287
10.1.2 不同的输运区 288
10.1.3 量子通道 289
10.2 Landauer-Büttiker型电导 291
10.2.1 Landauer公式 291
10.2.2 二端单通道电导 293
10.2.3 两端多通道电导 295
10.3 回路中的电导振荡 296
10.3.1 电子波函数的规范变换 296
10.3.2 金属环中的Aharonov-Bohm效应 297
10.3.3 持续电流 300
10.3.4 Altshuler-Aronov-Spivak效应 303
10.3.5 静电Aharonov-Bohm效应 303
10.4 电导涨落 304
10.4.1 电导的非局域性 305
10.4.2 磁场反转的倒易性 306
10.4.3 普适电导涨落 308
参考文献 311
第三编 键、能带及其它 315
第十一章 键途径 315
11.1 原子与离子 315
11.1.1 氢原子 315
11.1.2 多电子原子中的单电子近似 317
11.1.3 原子内的交换作用 318
11.1.4 Hund定则和离子磁矩 320
11.2 双原子分子 323
11.2.1 氢分子离子H？的精确解 323
11.2.2 分子轨道法 325
11.2.3 HeitlerLondon法 329
11.2.4 自旋Hamilton量和Heisenberg模型 331
11.3 多原子分子 332
11.3.1 多原子分子问题的分子轨道法 332
11.3.2 价键轨道 333
11.3.3 分子轨道方法的Hückel近似 335
11.3.4 一些分子的电子结构 337
11.4 各向异性环境中的离子 340
11.4.1 三种晶体场 340
11.4.2 过渡金属离子的晶场效应 340
11.4.3 Jahn-Teller效应 341
11.4.4 配位场中的离子 342
参考文献 345
第十二章 能带途径 347
12.1 能带计算的各种方法 347
12.1.1 正交平面波 347
12.1.2 赝势 349
12.1.3 糕模势与缀加平面波 351
12.1.4 能带的对称性和k·P方法 352
12.2 从多粒子Hamilton量到自洽场方法 354
12.2.1 多粒子Hamilton量 354
12.2.2 价电子近似和绝热近似 355
12.2.3 Hartree近似 356
12.2.4 Hartree-Fock近似 358
12.3 电子结构取径于密度泛函 360
12.3.1 从波函数到密度泛函 360
12.3.2 Hohenberg-Kohn定理 361
12.3.3 自洽Kohn-Sham方程 362
12.3.4 局域密度近似及其它 363
12.3.5 Car-Parinello方法 365
12.4 若干材料中的电子结构 367
12.4.1 金属 367
12.4.2 半导体 372
12.4.3 半金属 375
12.4.4 分子晶体 377
12.4.5 表面和界面 380
参考文献 383
第十三章 关联电子态 385
13.1 Mott绝缘体 385
13.1.1 理想化的Mott转变 385
13.1.2 Hubbard模型 387
13.1.3 动态交换和超交换 389
13.1.4 轨道序和自旋序 392
13.1.5 Mott绝缘体的分类 395
13.2 掺杂Mott绝缘体 396
13.2.1 Mott绝缘体的掺杂 396
13.2.2 铜氧化物 398
13.2.3 锰氧化物与双交换作用 401
13.2.4 电荷序和电子相分离 403
13.3 磁性杂质、近藤效应及相关问题 406
13.3.1 Anderson模型与局域磁矩 407
13.3.2 间接交换作用 409
13.3.3 近藤效应 410
13.3.4 重电子金属和相关材料 412
13.4 展望 414
13.4.1 一些经验规则 415
13.4.2 理论方法 416
参考文献 418
第十四章 量子限制纳米结构 419
14.1 半导体量子阱 419
14.1.1 电子子能带 419
14.1.2 空穴子能带 422
14.1.3 光吸收 424
14.1.4 耦合量子阱 426
14.2 磁量子阱 427
14.2.1 金属量子阱中的自旋极化 427
14.2.2 振荡磁耦合 430
14.2.3 巨磁电阻效应 433
14.3 量子线 437
14.3.1 半导体量子线 437
14.3.2 碳纳米管 439
14.3.3 金属台阶 441
14.4 量子点 443
14.4.1 金属团簇的幻数 443
14.4.2 半导体量子点 446
14.4.3 Fock-Darwin能级 448
14.4.4 Coulomb阻塞效应 451
14.4.5 近藤效应 454
14.5 耦合量子点系统 456
14.5.1 双量子点 456
14.5.2 半导体量子点超晶格 459
14.5.3 金属量子点列阵 461
参考文献 462
第四编 相变和有序相 467
第十五章 Landau相变理论 467
15.1 两个重要概念 467
15.1.1 对称破缺 467
15.1.2 序参量 469
15.1.3 统计模型 471
15.2 二级相变 474
15.2.1 自由能的级数展开 474
15.2.2 热力学量 475
15.2.3 具有复序参量的系统 476
15.3 弱一级相变 478
15.3.1 外场影响 478
15.3.2 Landau-Devonshire模型 479
15.3.3 Landau-de Gennes模型 481
15.3.4 序参量和应变的耦合 483
15.4 结构相变中对称性的改变 484
15.4.1 密度函数和表示理论 485
15.4.2 自由能泛函 486
15.4.3 Landau判据 488
15.4.4 Lifshitz判据 489
参考文献 491
第十六章 晶体、准晶和液晶 493
16.1 液-固相变 493
16.1.1 基于密度波的自由能展开 493
16.1.2 结晶 495
16.1.3 准晶 497
16.2 固体中的相变 499
16.2.1 无序-有序转变 500
16.2.2 顺电-铁电转变 502
16.2.3 无公度-公度转变 505
16.3 软物质中的相变 508
16.3.1 液晶相变的Maier-Saupe理论 508
16.3.2 液晶相变的Onsager理论 511
16.3.3 硬球系统的相分离 513
参考文献 516
第十七章 铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体 517
17.1 磁性的基本特征 517
17.1.1 磁性的主要类型 517
17.1.2 磁结构的空间图像 520
17.1.3 磁结构的能带图像 524
17.1.4 具有时间反演对称性的Hamilton量 529
17.2 局域磁矩理论 531
17.2.1 Heisenberg Hamilton量的平均场近似 532
17.2.2 铁磁转变 534
17.2.3 反铁磁转变 535
17.2.4 亚铁磁转变 537
17.2.5 铁磁和反铁磁基态 539
17.3 巡游电子磁性理论 543
17.3.1 Hubbard Hamilton量的分子场近似 543
17.3.2 铁磁性的Stoner理论 545
17.3.3 弱巡游铁磁性 549
17.3.4 自旋密度波与反铁磁性 551
参考文献 553
第十八章 超流体与超导体 555
18.1 宏观量子现象 555
18.1.1 Bose-Einstein凝聚的基本概念 555
18.1.2 稀薄气体的Boes-Einstein凝聚 558
18.1.3 液氦的超流性 561
18.1.4 各种物质的超导电性 564
18.2 Ginzburg-Landau的唯象理论 570
18.2.1 Ginzburg-Landau方程与对称破缺 571
18.2.2 穿透深度和相干长度 573
18.2.3 涡旋态的磁性质 575
18.24 各向异性超导体 577
18.3 配对态 579
18.3.1 广义Cooper对 579
18.3.2 自旋单态s波的常规配对 583
18.3.3 自旋单态d波的非常规配对 585
18.3.4 赝能隙及其对称性 586
18.3.5 自旋三重态P波的非常规配对 589
18.4 Josephson效应 592
18.4.1 Josephson方程 592
18.4.2 超导体中的Josephson效应 593
18.4.3 配对对称性的相敏检验 596
18.4.4 超流体中的Josephson效应 598
参考文献 599
第十九章 遍历性破缺 601
19.1 遍历性的内涵 601
19.1.1 遍历性假设 601
19.1.2 时标的引入 603
19.1.3 内部遍历性 606
19.2 从气相到非晶固相 607
19.2.1 气液相变 608
19.2.2 浸润相变 610
19.2.3 玻璃化转变 614
19.3 自旋玻璃转变 617
19.3.1 自旋玻璃态 617
19.3.2 失措和序参量 620
19.3.3 理论模型 622
19.4 金属-非金属转变 626
19.4.1 半经验判据 627
19.4.2 Wigner结晶 629
19.4.3 Mott相变的Gutzwiller变分法及唯象处理 632
19.4.4 电子玻璃态 634
参考文献 639