固体物理学 主讲:宋国利教授 哈尔滨学院物理系
主讲:宋国利教授 哈尔滨学院物理系
主要参考教材 固体物理学 ◆固体物理学,黄昆、韩汝琦著,高等教育岀版社 固体物理学(上),方俊鑫、陆栋编,上海科学技术出版社
◆固体物理学，黄昆、韩汝琦著，高等教育出版社 ◆固体物理学（上），方俊鑫、陆栋编，上海科学技术出版社 主要参考教材
目录 固体物理学 绪论 第一章晶体结构 第二章晶体的结合 第三章晶格振动与晶体热学性质 第四章能带理论 第五章半导体超导体
绪论 第一章 晶体结构 第二章 晶体的结合 第三章 晶格振动与晶体热学性质 第四章 能带理论 第五章 半导体 超导体 目 录
绪论 固体物理学 ◆物质分类 物理学:固体、液体、气体和等离子体 化学:有机物质和无机物质 生物学:生命物质和非生命物质 固体:晶体、非晶体和准晶体 固体物理学:非生命的无机固体 ◆固体物理学研究对象 研究固体的结构,固体中原子间相互作用与运动规律,物理性质
◆物质分类 物理学：固体、液体、气体和等离子体 化 学：有机物质和无机物质 生物学：生命物质和非生命物质 固体：晶体、非晶体和准晶体 固体物理学：非生命的无机固体 ◆固体物理学研究对象 研究固体的结构，固体中原子间相互作用与运动规律，物理性质 绪 论
绪论 固体物理学 ◆固体物理学课程主要内容 晶体结构和晶体结合的基本类型,晶格振动和晶格热容的量子理论,固 体的能带理论,金属电子的量子理论,半导体能带结构和半导体性质。 ◆固体物理学发展 20世纪20年代中叶:量子力学和统计物理学 晶体,包括金属、合金、半导体固体物理学 团体中的杂质、缺陷,固体表面与界面,非晶态和准晶态物质,超导体 超晶格等人工微结构新材料和低维量子结构材料;液体、有机材料、液 晶—凝聚态物理学
◆固体物理学发展 20世纪20年代中叶：量子力学和统计物理学 绪 论 晶体，包括金属、合金、半导体——固体物理学 固体中的杂质、缺陷，固体表面与界面，非晶态和准晶态物质，超导体、 超晶格等人工微结构新材料和低维量子结构材料；液体、有机材料、液 晶——凝聚态物理学 ◆固体物理学课程主要内容 晶体结构和晶体结合的基本类型，晶格振动和晶格热容的量子理论，固 体的能带理论，金属电子的量子理论，半导体能带结构和半导体性质
绪论 固体物理学 物理学是研究探索物质结构,相互作用和运动基本规律的学科 凝聚态物理是研究凝聚态物质的结构、物理性质、机制与规律、原理与 应用的学科 材料科学与技术侧重于材料的制备工艺、材料的性能与应用、材料器件 的设计与应用 凝聚态物理侧重于材料结构的形成、粒子之间的相互作用、物理现象 和效应产生的机制 固体物理学是凝聚态物理学的主干课程
物理学是研究探索物质结构，相互作用和运动基本规律的学科 绪 论 凝聚态物理是研究凝聚态物质的结构、物理性质、机制与规律、原理与 应用的学科 材料科学与技术侧重于材料的制备工艺、材料的性能与应用、材料器件 的设计与应用 凝聚态物理侧重于材料结构的形成、粒子之间的相互作用、物理现象 和效应产生的机制 固体物理学是凝聚态物理学的主干课程
绪论 固体物理学 半导体物理学 量于 光电子学 子力学 统计物理学 →固体物理学→凝聚态物理学→激光物理学 金属物理学 磁性物理学 低温物理学 材料物理学 纳米物理学 半导体器件 微电子学 非平衡态统计物理学
量子力学 统计物理学 → 固体物理学 →凝聚态物理学→ 半导体物理学 光电子学 激光物理学 金属物理学 磁性物理学 低温物理学 材料物理学 纳米物理学 半导体器件 微电子学 非平衡态统计物理学 绪 论
绪论 固体物理学 ◆固体物理学的基本问题 固体中原子是怎样排列和结合的?一—结构问题 固体结构是如何形成的?一一结合力问题 团体中,电子和原子的运动形态?一量子力学 固体的宏观性质与原子运动的关系?一—统计物理 团体有哪些可能的应用?一—物理性质问题
◆固体物理学的基本问题 绪 论 固体中原子是怎样排列和结合的？——结构问题 固体结构是如何形成的？——结合力问题 固体中，电子和原子的运动形态？——量子力学 固体的宏观性质与原子运动的关系？——统计物理 固体有哪些可能的应用？——物理性质问题
绪论 固体物理学 ◆固体物理学发展简史 18世纪,阿维观察到晶体外部的几何规则性 1850年,布喇格导出14种点阵结构 十九世纪末费奥多罗夫、熊夫利、巴洛建立了关于晶体对称性的群理论 1853年,维德曼和夫兰兹通过实验确定了金属导热性和导电性之间关系 1905年,洛伦兹建立了自由电子的经典统计理论 1907年,爱因斯坦首先用量子论处理固体中原子的振动 1912年,德拜采用连续介质模型,得到固体低温比热容的温度关系
18世纪，阿维观察到晶体外部的几何规则性 1850年，布喇格导出14种点阵结构 十九世纪末费奥多罗夫、熊夫利、巴洛建立了关于晶体对称性的群理论 1905年，洛伦兹建立了自由电子的经典统计理论 1853年，维德曼和夫兰兹通过实验确定了金属导热性和导电性之间关系 1907年，爱因斯坦首先用量子论处理固体中原子的振动 1912年，德拜采用连续介质模型，得到固体低温比热容的温度关系 ◆固体物理学发展简史 绪 论
绪论 固体物理学 1911年,昂内斯发现金属汞在42K具有超导电性现象 1912年,劳厄发现晶体X射线衍射现象,证实了晶体内原子周期性结构 1927年,泡利首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性 1928年,索末菲用量子统计求得电子气的比热容和输运现象,解决了经 典理论的困难。 1931年,威耳逊在提出金属和绝缘体相区别的能带模型,预言介于两者 之间存在半导体 1933年,迈斯纳发现超导体具有完全的抗磁性
1933年，迈斯纳发现超导体具有完全的抗磁性 1912年，劳厄发现晶体X射线衍射现象，证实了晶体内原子周期性结构 1911年，昂内斯发现金属汞在4.2K具有超导电性现象 1927年，泡利首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性 1928年，索末菲用量子统计求得电子气的比热容和输运现象，解决了经 典理论的困难。 1931年，威耳逊在提出金属和绝缘体相区别的能带模型，预言介于两者 之间存在半导体 绪 论