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 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 论五、固体物理学的特点及学习注意事项
1,课程内容涉及一系列的广泛的课题，具体说课本中十章的每一章都是一个分支学科。所以课程是导论性质的，显得有些繁杂，而且理论不是天衣无缝的，时而用量子理论，时而用经典理论，这就是目前的研究状况。
2、课程性质是以实验为主的应用基础学科，在课程中会介绍一些实际应用和实验方法。要求不仅要了解基础知识，也要了解实验验证的方法，并学习从物质性质的应用意义上进行思考。
3、重点掌握各种理论的假设条件及其结论，会对重要结论进行推导和讨论。
绪 论六、课程安排：
1、学习内容：教材第 1-5,9章。一般地 1-5章占考研 80%，这也是我们重点要求的内容。
2、课程主要要求掌握重要结论的推导及其对结论的领会与理解。
3、练习与作业在课堂上集体完成后，要求再做在练习本上。
4、考试题样如下：
一、填空题：
1、晶体晶格振动的格波共有 支，其中有 支是光学支、
支是声学支。金属铜的结构为面心结构，其晶格振动有 支是光学支,支是声学支。
二、简答题：
1、在立方晶系中的一个晶胞内画出密勒指数分别为（ 1,1,1）、（ 2,0，
0）、（ 0,0,1），（,0,0）的晶面。
三、推导、证明题：
1、证明面心立方格子与体心立方格子互为正倒格子。
四、计算题：
1、原子质量为，原子间距为的一维单原子链，设原子间力常数为,在最近邻近似和最近邻近似下：
（ 1）写出晶格振动的运动方程；
（ 2）求出格波色散关系并画出示意图。
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 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 论五、固体物理学的特点及学习注意事项
1,课程内容涉及一系列的广泛的课题，具体说课本中十章的每一章都是一个分支学科。所以课程是导论性质的，显得有些繁杂，而且理论不是天衣无缝的，时而用量子理论，时而用经典理论，这就是目前的研究状况。
2、课程性质是以实验为主的应用基础学科，在课程中会介绍一些实际应用和实验方法。要求不仅要了解基础知识，也要了解实验验证的方法，并学习从物质性质的应用意义上进行思考。
3、重点掌握各种理论的假设条件及其结论，会对重要结论进行推导和讨论。
绪 论六、课程安排：
1、学习内容：教材第 1-5,9章。一般地 1-5章占考研 80%，这也是我们重点要求的内容。
2、课程主要要求掌握重要结论的推导及其对结论的领会与理解。
3、练习与作业在课堂上集体完成后，要求再做在练习本上。
4、考试题样如下：
一、填空题：
1、晶体晶格振动的格波共有 支，其中有 支是光学支、
支是声学支。金属铜的结构为面心结构，其晶格振动有 支是光学支,支是声学支。
二、简答题：
1、在立方晶系中的一个晶胞内画出密勒指数分别为（ 1,1,1）、（ 2,0，
0）、（ 0,0,1），（,0,0）的晶面。
三、推导、证明题：
1、证明面心立方格子与体心立方格子互为正倒格子。
四、计算题：
1、原子质量为，原子间距为的一维单原子链，设原子间力常数为,在最近邻近似和最近邻近似下：
（ 1）写出晶格振动的运动方程；
（ 2）求出格波色散关系并画出示意图。
