《固体物理》教学大纲第一章、晶体结构
晶体的宏观特征、晶体的微观结构、晶向和晶面、晶体的宏观对称性、倒易点阵、晶体衍射简介,准晶,布里渊区第二章、晶体的结合
离子键和离子晶体、共价键和共价晶体、金属键和金属晶体、分子晶体、氢键晶体和混合型晶体、晶体结合的普遍特性第三章、晶格振动
一维布喇菲晶格、一维双原子链、能量量子化与声子、晶体的热学性质、非谐效应第四章 晶体缺陷
晶体缺陷的分类、点缺陷、晶体中的扩散、离子晶体的点缺陷及导电性、位错、面缺陷及其它缺陷、合金与相图第五章、金属自由电子论
自由电子气的状态、电子的热容、金属的电导率、金属的热导率、霍耳效应、功函数与接触电势第六章、能带理论
布洛赫定理、准自由电子近似、紧束缚近似、无序系统中的电子状态、电子准经典运动、导体、绝缘体和半导体的能带模型第七章、半导体电子论
半导体的类型、半导体的基本能带结构、半导体中的杂质、平衡载流子、非平衡载流子、PN结、异质结、超晶格第八章、固体的磁性
原子磁性、固体磁性、顺磁性、铁磁性和分子场理论、自旋波、磁畴和技术磁化、
第九章、超导电性
超导电性的基本性质、伦敦电磁方程、金兹堡-郎道方程、BCS理论、单粒子隧道效应、约瑟夫森效应、高Tc氧化物超导体第十章、非晶态固体
非晶态固体的结构、非晶态固体的定域态-非定域态转变、非晶态固体的嗲呢子结构、非晶态固体的光学性质
1、总课时:54~72 学时
2、学? 分:3~4
3、学习方法:
课堂听课、课外阅读、网上资料、专业期刊阅读、参考书籍、
作业、学习报告等
4、讲授方法:
课堂讲授、中英文教材、双语教学、多媒体教学方法、
5、考核方法:
课堂作业:20%;中期考试:20%;学习报告:10%;
期末考试:50%
本课程校内发展的主要历史沿革
1956年四川大学物理系即开设了《固体原子物理》和《固体电子物理》,随后建立了固体物理专门化(专业),当年招收学生30名。从此开始了四川大学的《固体物理》教学和科研的历程。当时,蔡伯薰老师带领一批年轻的讲师,在固体原子结构、固体电子结构和晶体制备技术等方面开始了新的尝试。在1958年由蔡伯薰老师、陈观雄老师、何思明老师等精心设计的《固体物理》专门化“基本培养规格和基本教学要求”,强调“厚基础、宽专业、强技能”。 蔡伯薰老师主讲的“固体电子物理”课程本身就是这一改革思想的典型,课程覆盖了金属、半导体、超导体、非晶体等固体物质的电子输运特性,向学生系统地介绍了固体物理的基础知识,使学生不仅具有物理学学科的基础,而且也具备固体材料学科的基础,为学好后续课程准备了条件。多年严谨的教学和科研积累,使四川大学物理系固体物理专业涌现了一批优秀人才:四川大学1959级固体物理专业本科生沈德忠,毕业后长期从事晶体生长研究,1985年被授予国家级中青年专家、1995年当选中国工程院院士。四川大学1956级固体物理专业本科生张兴栋,毕业后留校工作至今,先后担任四川大学物理系固体物理教研室主任、四川大学分析测试中心主任,四川大学生物材料工程研究中心主任,长期从事固体材料特别是超硬材料、生物医学材料研究,1991年被授予国家级中青年专家、2007年当选中国工程院院士。四川大学1977级固体物理专业本科生殷实,毕业后长期从事超低温技术研究,曾在1995年与荷兰科学家一道创造了当时世界最低温度。四川大学1978级固体物理专业本科生高理,毕业后长期从事超导材料研究,20世纪90年代研制的汞系高温超导体,曾创造了当时超导温度最高记录。他所发表的有关超导的研究文章,曾被他人引用上千次!1981年固体物理专业获得硕士学位授权,1990年,材料物理与化学学科获得硕士授权,1997年材料物理与化学学科获得博士学位授权,2001年凝聚态物理学科获得博士授权。
从1983年开始,四川大学物理系开始把《固体原子物理》和《固体电子物理》合并为一门新课程《固体物理》课程。冯良桓教授、郑家贵教授、郑文琛教授、蔡伟教授等先后作为主讲教师为本科生授课。1988年,在四川大学物理系固体物理教研室的基础上,组建了四川大学材料科学系。四川大学物理系的整个《固体物理》课程教学小组均归并到材料科学系。从此以后,《固体物理》课程不但是物理学专业的专业基础课程,而且也是理科材料科学专业基础课程。1990年,蔡伯薰教授出版了《固体物理基础》,高等教育出版社。本书除用作本校物理系固体物理专业主干课程教材外,还为其他大学如重庆大学定为正式教材,为兰大、武大、中山大学、厦门大学等指定为相关专业的参考书。《固体物理》课程于1990年被评为四川大学校级重点课程,1995年被评为四川省重点课程。
1995年时任四川大学材料科学系主任的肖定全教授任国家教委第一届高等学校理科材料科学专业教学指导委员会委员。1995年肖定全教授为首的课题组承担并完成了国家教委面向21世纪教学内容和课程体系改革项目教学研究课题:“材料科学类教学内容和课程体系改革研究”。此项研究的成果先后获得国家教学成果二等奖和四川省教学成果一等奖。
1999年和2001开始,孙小松教授和朱建国教授分别开始承担了《固体物理》的教学任务,孙小松教授为四川大学电子信息学院的本科生授课,时任四川大学材料科学与工程学院副院长的朱建国教授为四川大学-美国华盛顿大学联合班的学生进行授课,2003年《固体物理》课程被评为四川大学校级精品课程。
2006年朱建国教授任教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会材料物理与化学专业教学指导分委员会委员,继续推动“固体物理”课程的改革。先后引进了多本外语教材作为《固体物理》的辅导教材,从2003年开始,孙小松教授为四川大学的物理系学生进行了《固体物理》的双语教学至今。《固体物理》除了为四川大学物理科学与技术学院、材料科学与工程学院的有关专业的学生授课外,还为四川大学电子信息学院的有关专业的学生授课。
课程组尤其在教材方面做了大量的工作。除了蔡伯薰教授的《固体物理基础》外,2005年由朱建国教授主编出版了《固体物理学》,科学出版社,2005年9月。在编辑出版此书时,编者注意把固体物理的基础知识和现代科学技术的进展结合起来;注意把理论的推导和物理概念的清晰化结合起来;注意把理论和实践结合起来,深入浅出,语言精练,在有限的篇幅内介绍了固体物理的基础知识和固体物理的研究前沿。深受广大读者的欢迎。此书一再加大印数,从2005年8月第一版第一次印刷以来,在2008年1月已经完成了第五次印刷。累计销售1万册以上,这在同类教材中是不多见的。此书已经为电子科技大学、西安公路学院等20多所大学选为本科生教材。此外,朱建国教授、孙小松教授等还编辑出版了《电子与光电子材料》,2007年,国防工业出版社(教育部国家级十一五规划教材),朱建国教授参加编写了《现代表面工程设计手册》(国防工业出版社,2000年)、《现代压电学》(科学出版社,2002年)和《敏感材料与传感器》(化学工业出版社,2005年)等专著和教材,为普及现代固体物理知识作出了一定的贡献。
已列入出版计划的还有肖定全、朱建国、朱基亮等人编著的《薄膜物理与器件》,2008年,国防工业出版社,教育部国家级十一五规划教材。
本课程从1982年起,注重以科研带动教学。本小组成员先后承担了国家攻关项目、国家“863”项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、军工民口配套项目、国防基础研究项目、武器装备预研基金等各种课题。通过承担国家级科研课题,撰写科研论文和专著,课程小组成员的科研水平得到明显提高,带动了教学内容的更新和教学水平的进一步提高。
本课程2003年已经被四川大学评为重点精品课程,2004年又被评为四川大学电子教案与电子课件建设课程。四川大学在经费、政策等方面都给予了充分的保证和大力的支持。
《固体物理》是材料物理和材料化学的专业基础课,由材料物理化学、材料学、材料加工工程等学科组成的四川大学的材料科学与工程是一级学科国家重点学科,也是全校一级学科国家重点学科之一。
校内同事举证评价:
【朱世富教授(国务院学科评议组成员,四川大学材料物理与化学学科学术带头人)】
《固体物理》精品课程是我校材料科学类和物理类各专业的基础课或专业基础课程,该课程的开出历史可以上溯到上世纪50年代,是一门历史悠久、实力雄厚、极具特色的课程。这门课程的特点可以概括为以下几点:1.该精品课程在系统讲授固体物理的基础知识的同时,还注重基础知识与固体物理学科领域的最新发展前沿的结合,使同学们能够了解到相关知识在科学研究中的应用,有效地提高了同学们的学习兴趣;2.坚持理论教学与实践教学并重的原则,实现了理论教学与实践教学的有机结合,围绕教学开设的晶体结构实验,增强了同学们对固体物理知识理解,同时也锻炼了同学们的实践动手能力;3.以朱建国、孙小松、郑文琛、郑家贵教授等组成的教学团队,长期承担国家级和省部级的科研课题并取得了丰硕的研究成果,这些成果极大的丰富了《固体物理学》课程的教学内容。
【龚敏教授(四川大学物理科学与技术学院院长)】
这门课程的特点可以概括为以下几点:1.该精品课程的开出历史可以上溯到上世纪50年代,是一门历史悠久、实力雄厚、极具特色的课程。长期的积累形成了严谨的治学态度,以朱建国、孙小松、郑文琛、郑家贵教授等组成的教学团队,通过集体备课、观摩教学、教考分离等多种形式提高教学质量。编写了《固体物理》一书(科学出版社,2005年9月出版),目前已再版五次,印数超过1万册,已为20多个高校选为教材;2.强调《固体物理》基础知识与材料科学领域的最新发展前沿的结合,将科学研究的最新成果引入到《固体物理》教学过程中,丰富了《固体物理》课程的教学内容。
校外专家评价:
【电子科技大学固体电子与微电子学院院长李言荣教授(长江特聘教授、国家杰出青年基金获得者)】
“固体物理”是物理学科和材料学科的专业主干课之一。四川大学十分重视这门课程的建设,其主讲教师朱建国教授讲课水平高,资料收集量很大,讲课中重点突出、深入浅出、善于引导,注重理论联系实际,语言生动吸引人,并重视对学生创新性思维方式的培养。朱建国教授还十分重视教材建设,在多年的教学积累中编写了《固体物理学》教材,深受广大读者欢迎。
综上所述,特推荐朱建国教授主讲的“固体物理”课程申报四川省精品课程。
【西华大学理化学院院长杨晓龙教授】
四川大学“固体物理”课程教学队伍年龄结构和知识结构合理,师德优良,学术造诣高,教学能力强,责任心强,团队和谐。朱建国教授知识渊博,课堂讲解条理清晰,深入浅出,既让学生吸收课程知识的精华,又使课堂气氛活跃。编写出版了“固体物理”(科学出版社)等教材,为我国物理科学和材料科学与工程的教育事业的发展做出了贡献。
综上所述,特推荐朱建国教授主讲的“固体物理”课程申报四川省精品课程。
专家们对《固体物理》课程的课堂教学录像资料的评价为“教材组织合理、课堂交互活动丰富、电子课件制作水平较高、普通话与英语发音标准、学生听课纪律良好。”
近三年学生的评价结果对四位主讲教师,学生期末测评朱建国教授92.1分,郑文琛教授92.5分,郑家贵教授91.5分,孙小松教授91.8分。
以下是四名学生的评价:
a,余州 (微电子00级2班 学号:20100082091)
固体物理引导我走进了物理和材料大世界,扩展了我对物理和材料知识的认识,使我能从理论与实际相结合的角度来审视我所学的专业,让我真正的了解了学习物理的意义。
b,李智伟 (材料01级2班 学号:30101082088)
固体物理是我本科阶段最喜爱的课程之一。因为它不仅内容丰富多彩,而且给了我另外的思维方式——同时兼顾理论和实际应用;同时,授课老师生动活泼的授课方式更是激起了我对该课程的喜爱。
c,姜昱志 (材料02级1班 学号:30102081089)
固体物理也是我很喜欢的课程之一。首先,在教学方式上比较有启发性,让同学有很大的思考空间,同时,理论与实际相结合让同学能直接认识各种材料的结构性质和用途!
d,李婧 (材料03级2班 学号:30103082042)
挺喜欢固体物理课程,虽然感到有点难,但是很有兴趣,激发我进一步深入学习。每次上课时看到生动活泼的课件,就觉得上课特别有意思。