固体物理学 杨真 College of Science of GZNU
固 体 物 理 学 杨真 College of Science of GZNU
课程内容 ●绪论 ●第一章晶体结构 ●第二章晶体中的电子和声子 ●第三章外场作用下晶体电子的运动 ●第四章固体的热学性质 ●第五章固体的机械性质 ●第六章半导体中的电子过程 ●第九章超导电性
课 程 内 容 ⚫ 绪论 ⚫ 第一章 晶体结构 ⚫ 第二章 晶体中的电子和声子 ⚫ 第三章 外场作用下晶体电子的运动 ⚫ 第四章 固体的热学性质 ⚫ 第五章 固体的机械性质 ⚫ 第六章 半导体中的电子过程 ⚫ 第九章 超导电性
绪论 固体物理学 固体物理学是研究固体的结构及其组成粒子(原 子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律以阐明 其性能与用途的科学。其研究方法着重从物理概念入 手,采用简单易懂的模型和方法,利用普通物理和理 论物理的结论阐明固体物理内容的实质。它是物理学 中内容及其丰富、应用及其广泛的分支学科。一般若 没有特别指出,我们的讨论对象都是指单晶。 晶体 多晶 固体 单晶 非晶体
绪 论 一、固体物理学： 固体物理学是研究固体的结构及其组成粒子（原 子、离子、电子等）之间相互作用与运动规律以阐明 其性能与用途的科学。其研究方法着重从物理概念入 手，采用简单易懂的模型和方法，利用普通物理和理 论物理的结论阐明固体物理内容的实质。它是物理学 中内容及其丰富、应用及其广泛的分支学科。 固体 晶体 多晶 单晶 非晶体 一般若 没有特别指出，我们的讨论对象都是指单晶
绪论 、固体物理学在物理学中的地位 1、从物理学发展的历史看,固体物理是建立 在基础物理发展的基础上,又是基础理论应用 的新结果。 1900年 Planck量子论(黑体辐射) 1905年 Einstein光量子论(光电效应) 1906年 Einstein固体比热理论 1912年 Debye发展了比热理论 1913年BohN旧量子论
绪 论 二、固体物理学在物理学中的地位 1、从物理学发展的历史看，固体物理是建立 在基础物理发展的基础上，又是基础理论应用 的新结果。 1900年 Planck M 量子论（黑体辐射） 1905年 Einstein 光量子论（光电效应） 1906年 Einstein 固体比热理论 1912年 Debye 发展了比热理论 1913年 Bohr N 旧量子论
绪论 1922年 De broglie物质波 1925年 Paulin泡利不相容原理 1926年Frm统计理论——使之可能研究大量电子 组成的体系 1928年 Sommerfeld(索末菲)金属电子气的量子 理论 1928 Bloch等提出固体电子能带理论,使固体物理 逐渐从物理学科中分离出来。形成一门单独学科。 固体电子能带理论的应用(1947第一个晶体管的出 现)带动了一场科技革命
绪 论 1922年 De Broglie 物质波 1925年 Pauli W 泡利不相容原理 1926年 Frmi 统计理论——使之可能研究大量电子 组成的体系 1928年 Sommerfeld A（索末菲）金属电子气的量子 理论 1928 Bloch等提出固体电子能带理论，使固体物理 逐渐从物理学科中分离出来。形成一门单独学科。 固体电子能带理论的应用（1947第一个晶体管的出 现）带动了一场科技革命
绪论 2、从材料科学和现阶段固体物理学的发展状况看 固体物理学是材料科学的基础。新材料和器件的 突破往往导致新的技术及其产业的诞生,从而对工业乃 至人类生活产生重大的影响。如,20世纪40年代半导体 材料特别是pn结的研究和1947年晶体管的发明,使人类 的生产和生活发生了巨大的改变;1986年人们发现了液 氮温区的高温超导体,使超导现象的广泛实际应用成 为可能;20世纪80年代末诞生并迅速发展的新学科 纳米科技( Nano-ST)和纳米材料科学,这是一个小尺 寸的大世界,它在一个新的层次上,将更深刻地改变 人类的生产和生活,未来将属于首先掌握纳米科技的 国家
绪 论 2、从材料科学和现阶段固体物理学的发展状况看 固体物理学是材料科学的基础。新材料和器件的 突破往往导致新的技术及其产业的诞生，从而对工业乃 至人类生活产生重大的影响。如，20世纪40年代半导体 材料特别是pn结的研究和1947年晶体管的发明，使人类 的生产和生活发生了巨大的改变；1986年人们发现了液 氮温区的高温超导体，使超导现象的广泛实际应用成 为可能 ；20世纪80年代末诞生并迅速发展的新学科— 纳米科技（Nano-ST）和纳米材料科学，这是一个小尺 寸的大世界，它在一个新的层次上，将更深刻地改变 人类的生产和生活，未来将属于首先掌握纳米科技的 国家
绪论 固体物理学已成为当今物理学中最大、 最主要的分支。论文数目—1/2;科研工作 者-1/3;诺贝尔物理奖中一1/2。固体物 理学研究内容日益丰富,日益复杂,形成了 以晶体结构、晶体原子动力学、晶体的电、 磁、光性质及半导体和超导等核心论题为中 心的分支学科
绪 论 固体物理学已成为当今物理学中最大、 最主要的分支。论文数目—1/2；科研工作 者—1/3； 诺贝尔物理奖中—1/2。固体物 理学研究内容日益丰富，日益复杂，形成了 以晶体结构、晶体原子动力学、晶体的电、 磁、光性质及半导体和超导等核心论题为中 心的分支学科
绪论 三、固体物理的研究内容 1、固体的微观结构及其形成 2、固体中电子和原子核(晶格)的运动状态 3、固体的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系 4、各种固体有哪些可能的应用,探索设计和制备新的 固体、研究其特性,开发其应用
绪 论 三、固体物理的研究内容 1、固体的微观结构及其形成 2、固体中电子和原子核（晶格）的运动状态 3、固体的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系 4、各种固体有哪些可能的应用，探索设计和制备新的 固体、研究其特性，开发其应用
绪论 固体物理学中用大量篇幅讨论固体中电 子、原子核(晶格)的运动,从而说明固体的 热、声、光、电学性质(如抗张强度,弹性 系数,比热,热膨胀,热传导,固体中声的传 播和吸收,光的传播、吸收和发射.),解释 固体为什么有导体、半导体和绝缘体之分,为 什么有顺、逆铁磁性之分,为什么有超导性 等等
绪 论 固体物理学中用大量篇幅讨论固体中电 子、原子核（晶格）的运动，从而说明固体的 热、声、光、电学性质（如抗张强度，弹性 系数，比热，热膨胀，热传导，固体中声的传 播和吸收，光的传播、吸收和发射…）,解释 固体为什么有导体、半导体和绝缘体之分，为 什么有顺、逆铁磁性之分，为什么有超导性 等等
绪论 四、固体物理的理论基础及与其它课程的联系 量子力学:微观粒子(电子、原子等)的运动规律及 运动状态离不开量子力学知识。 电磁理论:粒子间的相互作用主要是电磁相互作用 (库仑力),离不开电磁理论。 统计热力学:微观与宏观性质要结合,离不开统计热 力学知识。 有人说固体物理是“高级”普通物理。是建立在量 子、热统及普通物理各门课程基础上的一门物理课程
绪 论 四、固体物理的理论基础及与其它课程的联系 量子力学：微观粒子（电子、原子等）的运动规律及 运动状态离不开量子力学知识。 电磁理论：粒子间的相互作用主要是电磁相互作用 （库仑力），离不开电磁理论。 统计热力学：微观与宏观性质要结合，离不开统计热 力学知识。 有人说固体物理是“高级”普通物理。是建立在量 子、热统及普通物理各门课程基础上的一门物理课程