內容簡介
本書主要介紹了晶體結構、晶體的結合、晶格振動、固體電子論、固體能帶論、 晶體中的缺陷、晶體的導電性、 固體的介電性等固體物理學領域的基本內容，也是進一步學習半導體物理、電介質物理、磁性材料等課程的基礎。
目錄
第1章 晶體結構 1
1.1 晶體的巨觀特性 1
1.2 晶體的微觀結構 3
1.2.1 空間點陣與基元 4
1.2.2 初基原胞 5
1.2.3 慣用原胞 6
1.2.4 威格納—賽茲原胞 6
1.3 晶體的基本類型 7
1.3.1 二維晶格 7
1.3.2 三維晶格 7
1.3.3 晶系 11
1.4 典型的晶體結構 12
1.4.1 氯化鈉結構 13
1.4.2 氯化銫結構 15
1.4.3 金剛石結構 16
1.4.4 閃鋅礦結構 17
1.4.5 密堆積結構 17
1.4.6 纖維鋅礦結構 21
1.4.7 鈣鈦礦結構 21
1.4.8 方解石結構 22
1.4.9 黃鐵礦結構 22
1.4.10 紅鎳礦和金紅石結構 23
1.4.11 尖晶石結構 23
1.4.12 剛玉結構 25
1.4.13 石榴石結構 25
1.5 晶體的對稱性 29
1.5.1 旋轉對稱性 30
1.5.2 中心反演對稱性 30
1.5.3 鏡像操作 30
1.5.4 旋轉反演操作 31
1.5.5 螺旋操作 32
1.5.6 滑移反映操作 33
1.6 晶面和晶面指數 33
1.6.1 格點指數 33
1.6.2 晶向指數 34
1.6.3 晶面指數 35
1.6.4 六角晶系的晶向指數和晶面指數 36
1.7 晶體的倒格子與布里淵區 37
1.7.1 倒格子基矢 37
1.7.2 布里淵區 39
1.7.3 典型晶格的倒格子與布里淵區的例子 40
1.8 晶體中的X光衍射 43
1.8.1 概述 43
1.8.2 衍射波的振幅與強度 43
1.8.3 決定散射的諸因素 44
1.8.4 產生衍射極大的條件 46
1.8.5 布拉格定律 47
1.8.6 勞厄方程 47
1.8.7 厄瓦爾德反射球 48
*1.9 非晶態材料的結構 48
*1.10 準晶態 49
*1.11 群與晶體點陣的分類 51
1.11.1 群的概念 51
1.11.2 7個晶系和14種空間點陣 52
1.11.3 晶體結構的32種點群和230空間群 57
本章小結 59
思考題 60
習題 61
參考文獻 62
第2章 晶體的結合 63
2.1 內能函式與晶體的性質 63
2.1.1 內能函式 63
2.1.2 晶體的性質 73
2.2 離子結合 76
2.2.1 離子結合的定義和特點 76
2.2.2 離子晶體的結合能 76
*2.2.3 馬德隆常數的計算 79
2.3 共價結合 80
2.3.1 共價結合的定義 80
2.3.2 共價鍵的特性 85
2.3.3 共價結合的內能 86
2.4 金屬結合 86
2.5 范德瓦爾斯結合 88
2.6 氫鍵結合 90
2.7 晶體結合的規律性 91
本章小結 94
思考題 96
習題 96
參考文獻 97
第3章 晶格振動 98
3.1 一維單原子晶格的振動 98
3.1.1 物理模型與運動方程 98
3.1.2 玻恩—卡曼周期性邊界條件 101
3.1.3 關於格波的討論 102
3.2 一維雙原子鏈的晶格振動 105
3.2.1 模型與色散關係 105
3.2.2 關於聲學波和光學波的討論 106
3.2.3 三維晶格振動 109
3.2.4 格波態密度函式 111
3.3 晶格振動的量子化與聲子 112
3.3.1 晶格振動與諧振子 112
3.3.2 能量量子和聲子 113
3.3.3 平均聲子數 115
3.3.4 確定聲子譜的方法 116
3.4 晶體的熱容 120
3.4.1 概述 120
3.4.2 愛因斯坦模型 122
3.4.3 德拜模型 122
3.4.4 實驗和理論的比較 125
3.4.5 關於德拜溫度ΘD的討論 127
3.5 非簡諧效應 128
3.5.1 簡諧近似的局限 128
3.5.2 熱膨脹 129
3.5.3 聲子碰撞與熱傳導 134
3.5.4 N過程和U過程 135
3.5.5 聲子熱導率λ與溫度的關係 136
*3.6 無序系統中的原子振動 140
*3.7 聲子晶體 143
*3.8 新型負熱膨脹材料 146
本章小結 150
思考題 151
習題 152
參考文獻 153
第4章 固態電子論基礎 154
4.1 經典自由電子論 155
4.1.1 經典自由電子論 155
4.1.2 歐姆定律的解釋 156
4.1.3 維德曼—夫蘭茲定律的解釋 156
4.1.4 經典自由電子論的缺陷 157
4.2 費米分布函式與費米能級 158
4.2.1 自由電子的能級和能態密度 158
4.2.2 費米分布函式 160
4.2.3 費米能及其相關物理量 163
4.3 索末菲自由電子氣模型 165
4.3.1 索末菲自由電子氣模型 165
4.3.2 自由電子氣的熱容 165
4.4 金屬的熱容、電導與熱導 168
4.4.1 金屬的熱容 168
4.4.2 金屬的電導 170
4.4.3 金屬的熱導 171
4.5 功函式與接觸電勢差 173
4.5.1 功函式及熱電子發射 173
4.5.2 接觸電勢差 175
*4.6 經典自由電子論與倫敦方程 177
本章小結 180
思考題 181
習題 181
參考文獻 182
第5章 固體能帶論 183
5.1 固體中電子的共有化和能帶 183
5.2 布洛赫定理 186
5.2.1 周期性勢場 186
5.2.2 布洛赫定理 187
5.2.3 布洛赫定理的證明 188
5.2.4 布洛赫定理的一些重要推論 189
5.3 近自由電子模型 190
5.3.1 近自由電子模型 190
5.3.2 近自由電子的能量與波函式 191
5.4 緊束縛模型——原子軌道線性組合法 200
5.5 克龍尼克－潘納模型 204
5.6 晶體中電子的準經典運動 208
5.6.1 布洛赫電子的速度 209
5.6.2 布洛赫電子的準動量 210
5.6.3 晶體中電子的加速度和有效質量張量 210
5.7 能帶填充與導電性 214
5.7.1 滿帶 215
5.7.2 空穴 217
5.7.3 導體、半導體和絕緣體 217
*5.8 實際晶體的能帶 219
5.8.1 能帶簡併 219
5.8.2 k空間等能面 220
5.8.3 電子迴旋共振 221
5.8.4 矽和鍺的能帶結構 223
5.8.5 砷化鎵的能帶結構 227
5.8.6 氮化鎵和氮化鋁的能帶結構 228
5.8.7 碳化矽的能帶結構 229
*5.9 能帶計算的其它方法 230
*5.10 能帶計算過程與計算軟體簡介 235
本章小結 244
思考題 246
習題 247
參考文獻 249
第6章 晶體中的缺陷 250
6.1 點缺陷 250
6.1.1 幾種典型的點缺陷 250
6.1.2 熱缺陷的統計理論 252
6.1.3 色心 254
6.2 線缺陷 256
6.2.1 晶體的剪下強度 256
6.2.2 位錯的基本類型 258
6.2.3 位錯的運動 259
6.2.4 位錯與晶體性質的關係 260
6.3 面缺陷 261
6.3.1 小角晶界 261
6.3.2 堆垛層錯 262
6.4 擴散和原子的布朗運動 263
6.4.1 擴散的巨觀規律 263
6.4.2 擴散的微觀機制 265
6.4.3 擴散係數 266
6.5 半導體中的雜質和缺陷能級 269
6.5.1 施主能級和受主能級 269
6.5.2 缺陷能級 273
*6.6 位錯的應力場與彈性應變能 275
6.6.1 位錯的應力場 275
6.6.2 位錯的彈性應變能 278
本章小結 279
思考題 280
習題 280
參考文獻 281
第7章 晶體的導電性 282
7.1 分布函式與玻耳茲曼方程 282
7.1.1 電子的分布函式 283
7.1.2 晶體中的電流密度 283
7.1.3 玻耳茲曼方程 284
7.2 晶體中的散射機制 284
7.2.1 半導體中的電子散射機制 285
7.2.2 金屬中的電子散射機制 288
7.3 弛豫時間近似與金屬和半導體的電導率 289
7.3.1 弛豫時間近似 289
7.3.2 金屬的電導率 290
7.3.3 半導體的電導率 292
7.4 遷移率與溫度的關係 293
7.4.1 漂移速度和遷移率 293
7.4.2 平均自由時間與散射機率 294
7.4.3 遷移率與雜質和溫度的關係 295
7.5 電導率與溫度的關係 298
7.5.1 金屬電導率與溫度的關係 298
7.5.2 非簡併半導體的電導率與溫度的關係 300
7.6 超導電性 304
7.6.1 超導態與超導體 304
7.6.2 超導態的基本特徵 305
7.6.3 倫敦方程 308
7.6.4 BCS理論 309
*7.7 約瑟夫森效應及意義 313
本章小結 315
思考題 316
習題 316
參考文獻 317
第8章 固體的介電性 318
8.1 晶體的介電常數 318
8.1.1 電極化 318
8.1.2 巨觀平均電場 320
8.1.3 電介質的極化機制 320
8.1.4 電介質的有效電場 325
8.2 介電弛豫與介電損耗 329
8.2.1 電介質的弛豫 329
8.2.2 電介質的損耗 330
8.2.3 柯爾—柯爾（Cole-Cole）圖 333
*8.3 鐵電性 333
8.3.1 電介質的自發極化 333
8.3.2 電疇結構 334
8.3.3 鐵電體的電滯回線 335
8.3.4 鐵電體的極化處理 335
8.3.5 相變 336
8.3.6 軟模理論 337
8.3.7 典型鐵電材料 339
本章小結 343
思考題 344
習題 344
參考文獻 344
