中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）实验1-5 脉冲固体激光器（PPT）

半导体 一固体的能带

固体物理学是二十世纪物理学发展最快的一门学科,几十年来,以固体物理的能带理 论为基础,科学家在半导体、激光、超导磁学等现代科学研究方面取得了重大突破,有 关研究成果已经迅速形成生产力,并带动了整个现代信息科学技术群的高速发展。 由于固体物理学讲述了固体中的原子结构、结合规律、运动状态和能量关系,固体中 电子的运动方程、电子的能带结构、金属导体的导电机制、半导体的基本原理、超导性的 基本规律等,因此,固体物理学已经成为物理类和非物理类专业的大学本科学生的必修课 程之一

上一章建立在量子理论基础上的金属自由电子理论，虽然取得了较大成功，能够解 释金属电子比热、热电子发射等物理问题，但仍有不少物理性质，如有些金属正的霍耳 系数，固体分为导体、半导体和绝缘体的物理本质，以及部份金属电导率有各向异性等， 是这个理论无法解释的

上一章建立在量子理论基础上的金属自由电子理论,虽然取得了较大成功,能够解 释金属电子比热、热电子发射等物理问题,但仍有不少物理性质,如有些金属正的霍耳 系数,固体分为导体、半导体和绝缘体的物理本质,以及部份金属电导率有各向异性等, 是这个理论无法解释的

一种晶体采取何种基本结合方式取决于原子束缚电子能力的强弱。原子的负电性是用来标志原子得失电子能力的物理量

全书共分十八章，其中包括晶体结构、晶格振动与声子、自由电子论、能带论、各种元激发、晶体的光学性质、超导电性、磁性以及力学性质等内容，精选了一百三十道习题。所选习题有助于巩固已学知识，并深入掌握全书的基本内容，很多习题颇有启发性，它能诱，导人们进一步学会运用基本概念和重要模型去解决复杂的固体物理问题；还有不少习题涉及固体物理学中的一些较新的问题，解答这些问题将扩大知识面，习题解答起着全书补篇的作用。目前国内尚没有一本固体物理习题解答。有这样一份材料，对固体物理学课程的教学工作也许是有益的。本书可供固体物理学有关专业的大学生、研究生以及科学工作者参考

元素周期表中第 I 族碱金属元素（Li、Na、K、Rb、Cs）与第 VII 族的卤素元素（F、Cl、Br、I）化 合物（如 NaCl， CsCl，晶体结构如图 XCH001_009_01 和 XCH001_010 所示）所组成的晶体是典 型的离子晶体，半导体材料如 CdS、ZnS 等亦可以看成是离子晶体

第 I 族、第 II 族元素及过渡元素都是典型的金属晶体， 它们的最外层电子一般为 1~2 个。组成晶体时每个原子 的最外层电子为所有原子所共有，因此在结合成金属晶 体时，失去了最外层（价）电子的原子实“沉浸”在由 价电子组成的“电子云”中。如图 XCH002_004 所示。 这种情况下，电子云和原子实之间存在库仑作用，体积 越小电子云密度越高，库仑相互作用的能愈低，表现为 原子聚合起来的作用

元素周期表中第 VIII 族（惰性）元素在低温下所结合成的晶体，是典型的非极性分子晶体。为明确 起见，我们只介绍这种分子晶体。 惰性元素最外层的电子为 8 个，具有球对称的稳定 封闭结构。但在某一瞬时由于正、负电中心不重合 而使原子呈现出瞬时偶极矩，这就会使其它原子产 生感应极矩。非极性分子晶体就是依靠这瞬时偶极 矩的互作用而结合的，这种结合力是很微弱的