第一部分 理想晶体 3
第一章 金属自由电子气体模型 3
1.1 模型及基态性质 4
1.1.1 单电子本征态和本征能量 5
1.1.2 基态和基态的能量 7
1.2 自由电子气体的热性质 9
1.2.1 化学势随温度的变化 10
1.2.2 电子比热 12
1.3 泡利顺磁性 13
1.4 电场中的自由电子 14
1.4.1 准经典模型 14
1.4.2 电子的动力学方程 15
1.4.3 金属的电导率 16
1.5 光学性质 18
1.6 霍尔效应和磁阻 22
1.7 金属的热导率 24
1.8 自由电子气体模型的局限性 25
第二章 晶体的结构 27
2.1 晶格 28
2.1.1 布拉维格子 28
2.1.2 原胞 29
2.1.3 配位数 29
2.1.4 几个常见的布拉维格子 30
2.1.5 晶向、晶面和基元的坐标 31
2.2 对称性和布拉维格子的分类 32
2.2.1 点群 33
2.2.2 7个晶系 36
2.2.3 空间群和14个布拉维格子 37
2.2.4 单胞或惯用单胞 40
2.2.5 二维情形 41
2.2.6 点群对称性和晶体的物理性质 42
2.3 几种常见的晶体结构 43
2.3.1 CsCl结构和立方钙钛矿结构 43
2.3.2 NaCl和CaF2结构 44
2.3.3 金刚石和闪锌矿结构 44
2.3.4 六角密堆积结构 45
2.3.5 实例，正交相YBa2Cu3O7-δ 46
2.3.6 简单晶格和复式晶格 47
2.4 倒格子 48
2.4.1 概念的引入 48
2.4.2 倒格子是倒易空间中的布拉维格子 49
2.4.3 倒格矢与晶面 50
2.4.4 倒格子的点群对称性 51
2.5 晶体结构的实验确定 51
2.5.1 X射线衍射 52
2.5.2 电子衍射和中子衍射 56
2.5.3 扫描隧穿显微镜 58
2.6 准晶 60
第三章 能带论 65
3.1 布洛赫定理及能带 67
3.1.1 布洛赫定理及证明 67
3.1.2 波矢k的取值与物理意义 68
3.1.3 能带及其图示 70
3.2 弱周期势近似 71
3.2.1 一维情形 71
3.2.2 能隙和布拉格反射 72
3.2.3 复式晶格 74
3.3 紧束缚近似 75
3.3.1 模型及计算 75
3.3.2 万尼尔函数 78
3.4 能带结构的计算 79
3.4.1 近似方法 80
3.4.2 εn（k）的对称性 82
3.4.3 εn（k）和n（r）的图示 83
3.5 费米面和态密度 86
3.5.1 高布里渊区 87
3.5.2 费米面的构造 87
3.5.3 态密度 89
第四章 布洛赫电子的动力学及能带结构的测量 92
4.1 电子运动的半经典模型 92
4.1.1 模型的表述 93
4.1.2 模型合理性的说明 94
4.1.3 有效质量 95
4.1.4 半经典模型的适用范围 97
4.2 恒定电场、磁场作用下电子的运动 98
4.2.1 恒定电场作用下的电子 98
4.2.2 满带不导电 99
4.2.3 近满带中的空穴 99
4.2.4 导体、半导体和绝缘体的能带论解释 100
4.2.5 恒定磁场作用下电子的准经典运动 102
4.3 费米面的测量 104
4.3.1 均匀磁场中的自由电子 104
4.3.2 布洛赫电子的轨道量子化 105
4.3.3 德哈斯-范阿尔芬效应 106
4.3.4 回旋共振方法 108
4.4 用光电子谱术研究能带结构 108
4.4.1 态密度分布曲线 109
4.4.2 角分辨光电子谱测定εn（k） 111
4.5 一些金属元素的能带结构 114
4.5.1 简单金属 114
4.5.2 一价贵金属 115
4.5.3 四价金属和半金属 116
4.5.4 过渡族金属和稀土金属 116
第五章 晶格振动 120
5.1 简谐晶体的经典运动 121
5.1.1 简谐近似 122
5.1.2 一维单原子链，声学支 122
5.1.3 一维双原子链，光学支 124
5.1.4 三维情形 126
5.2 简谐晶体的量子理论 127
5.2.1 简正坐标 127
5.2.2 声子 129
5.2.3 晶格比热 130
5.2.4 声子态密度 134
5.3 晶格振动谱的实验测定 135
5.3.1 中子的非弹性散射 136
5.3.2 可见光的非弹性散射 137
5.4 非简谐效应 138
5.4.1 热膨胀 139
5.4.2 品格热导率 140
第六章 输运现象 144
6.1 玻尔兹曼方程 145
6.2 电导率 147
6.2.1 金属的直流电导率 148
6.2.2 电子和声子的相互作用 149
6.2.3 电阻率随温度的变化 151
6.2.4 剩余电阻率 153
6.2.5 近藤效应 154
6.2.6 半导体的电导率 156
6.3 热导率和热电势 156
6.3.1 热导率 158
6.3.2 热电势 159
6.4 霍尔系数和磁阻 162
第七章 固体中的原子键合 166
7.1 概述 166
7.1.1 化学键 166
7.1.2 晶体的分类 169
7.1.3 晶体的结合能 170
7.2 共价晶体 171
7.3 离子晶体 173
7.3.1 结合能 173
7.3.2 离子半径 176
7.3.3 部分离子部分共价的晶体 177
7.4 分子晶体、金属及氢键晶体 180
7.4.1 分子晶体 180
7.4.2 量子晶体 182
7.4.3 金属 183
7.4.4 氢键晶体 184
第八章 缺陷 186
8.1 点缺陷 187
8.1.1 点缺陷的种类 187
8.1.2 扩散的规律和机制 188
8.1.3 离子晶体的电导率 190
8.2 局域态 192
8.2.1 杂质能级 192
8.2.2 非本征半导体 194
8.2.3 色心 197
8.2.4 局域晶格振动 197
8.3 拓扑缺陷 198
8.3.1 二维面自旋体系 199
8.3.2 涡旋线和磁通线 201
8.3.3 晶体中的位错 203
8.4 面缺陷，壁 206
8.4.1 扭折，孤子 206
8.4.2 铁磁材料中的畴壁 207
8.4.3 晶界 208
8.4.4 粗糙转变 209
第二部分 无序、尺寸、维度和关联 213
第九章 无序 213
9.1 无序导致的局域 215
9.1.1 安德森局域 215
9.1.2 莫特迁移率边 218
9.1.3 态密度 219
9.1.4 一维情形 220
9.1.5 最小金属电导率 220
9.2 局域化的标度理论 222
9.2.1 早期的工作 222
9.2.2 标度理论 223
9.3 弱局域化 227
9.3.1 相干背散射 227
9.3.2 弱局域化磁阻 231
9.3.3 电子-电子相互作用 233
9.4 跳跃电导 234
9.5 非晶态固体的比热和热导率 238
9.5.1 低温比热和热导率 238
9.5.2 两能级隧穿模型 240
9.5.3 更宽温度范围的行为共性 242
第十章 尺寸 243
10.1 介观体系的物理 244
10.1.1 介观尺度 244
10.1.2 Landauer类型的电导公式 244
10.1.3 正常金属中的Aharonov-Bohm（AB）效应 246
10.1.4 普适电导涨落 248
10.1.5 非局域效应 253
10.1.6 正常金属环中的持续电流 255
10.2 纳米微粒 258
10.2.1 电子能级的分立 259
10.2.2 比热和磁化率 260
10.2.3 实验测量 263
10.2.4 表面效应 264
10.3 团簇 265
10.3.1 团簇的产生和探测 265
10.3.2 惰性气体元素团簇 266
10.3.3 简单金属团簇 269
10.3.4 C60、固体C60和碳纳米管 272
10.4 库仑阻塞 278
10.4.1 电流偏置的单结 279
10.4.2 单电子岛 281
10.4.3 量子点中的库仑阻塞 283
第十一章 维度 286
11.1 半导体低维电子系统 287
11.1.1 Si反型层及GaAs-AlGaAs异质结 288
11.1.2 弹道输运 290
11.1.3 量子霍尔效应 293
11.1.4 边缘通道 296
11.2 二维体系中的相变 299
11.2.1 二维体系实例 300
11.2.2 维度和长程序 301
11.2.3 KT相变 306
11.2.4 二维晶格的熔化 308
11.2.5 公度相 310
11.2.6 维度的跨接 312
11.2.7 碳原子单层——石墨烯 312
11.3 准一维导体 315
11.3.1 Peierls相变 315
11.3.2 电荷密度波和自旋密度波 318
11.3.3 电荷密度波材料和现象 321
11.3.4 准一维有机导体 326
第十二章 关联 332
12.1 单电子近似的理论基础 334
12.1.1 哈特里-福克近似 334
12.1.2 屏蔽库仑势 338
12.1.3 密度泛函理论和局域密度近似 340
12.1.4 费米液体理论 344
12.2 Hubbard模型和强关联体系 349
12.2.1 Hubbard模型 350
12.2.2 金属-绝缘体转变 353
12.2.3 维格纳格子 354
12.3 作为强关联体系的高温超导体 354
12.3.1 结构和相图 355
12.3.2 电子结构 357
12.3.3 d波超导体 359
12.3.4 值得关注的几个反常现象 363
12.4 分数量子霍尔效应体系 369
12.4.1 Laughlin波函数 369
12.4.2 分数电荷 372
12.4.3 复合费米子 373
主要参考书目 375
习题选编 376
主要符号一览表 387
索引 390