固体物理
Solid State Physics
绪论
Introduction
0.1 固体物理的研究对象固体离子价电子固体物理主要任务研究离子的运动规律研究电子的运动规律阐明固体的宏观性质研究对象
null 结晶体（晶体）－原子排列长程有序
null 非晶体－原子排列只有短程序而无长程序
null 准晶体
null 液晶
null 等离子体
null 玻色－爱因斯坦凝聚体
0.2 固体物理的基本近似
1,绝热近似固体中电子和原子的质量差别很大原子和电子的运动速度差别很大讲电子和原子运动分开考虑固体物理的主要困难
null电子－电子相互作用，电子－离子相互作用
null多体问题（典型量级：10
23
）
2,单电子近似多电子薛定谔求解极为困难即便解存在也无意义－无法遍历 10
23
个解单电子近似
0.2 固体物理的基本近似
null 单电子近似的基本思想
12 12
22
2
12 12
,
0
0
(,) (,)
1
[](,)(,)
4
4( )
NN
j NN
jij ij
ei
ji
HE
eq e
E
mr
πε
πε
≠
=
+ =
∑∑ ∑
rr r rr r
rr r rr r
rR
h
若电子的坐标为 r
j
，离子的坐标为 R
j
,则电子体系的薛定谔方程为：
－此方程几乎不能求解－此方程几乎不能求解若可以找到近似的势函数，使得体系的哈密顿量及薛定谔方程为：
2
2
[()]
2
jj
j
e
HV
m
=+
∑
r
h
2
2
12 12
[()](,)(,)
2
j jN N
j
e
VE
m
+ =
∑
rrrr rrr
h
对上述的薛定谔方程，由于没有变量的交叉项，数学上可以分离变量求解，即可假定：
0.2 固体物理的基本近似
12
(,) ()
N jj
j
j
j
E
ε
=
=
∏
∑
rr r r
2
2
12 12
[()](,)(,)
2
jj N N
j
e
VE
m
+ =
∑
rrrr rrr
h
()
()
jj
j
j
H?
ε
=
∑∑
r
r
（1）
(2)
将式（ 2）代入式（ 1），等式两边同除?,可得：
()
j jj
H? ε=r
思考：思考：
求和号可否去掉？求和号可否去掉？
对于不同电子，其哈密顿是否一样？对于不同电子，其哈密顿是否一样？
对于不同电子其能级结构是否一样对于不同电子其能级结构是否一样每个方程形式都一样，只须求解一个方程
－－单电子近似
0.3 课程的主要内容
1、晶体结构和与晶体结合
2、晶格热振动（固体中原子运动规律）
3、金属的自由电子理论
4、晶体的能带理论
5、固体的磁性
6、半导体
7、超导电性
0.4 授课模式
null 强调物理概念的清晰性
null 强调物理逻辑的准确性
null 先模型－再理论－回到固体性质
0.5 主要参考书
1,黄昆原著，韩汝琦改编，《固体物理学》，高等教育出版社
2,方俊鑫，陆栋主编，《固体物理学》，上海科学技术出版社
3,C,基泰尔著，项金钟，吴兴惠译《固体物理导论》（原著第八版），化学工业出版社
4,N.W,Ashcroft and N.D,Mermin,Solid State
Physics,世界图书出版公司
Solid State Physics
绪论
Introduction
0.1 固体物理的研究对象固体离子价电子固体物理主要任务研究离子的运动规律研究电子的运动规律阐明固体的宏观性质研究对象
null 结晶体（晶体）－原子排列长程有序
null 非晶体－原子排列只有短程序而无长程序
null 准晶体
null 液晶
null 等离子体
null 玻色－爱因斯坦凝聚体
0.2 固体物理的基本近似
1,绝热近似固体中电子和原子的质量差别很大原子和电子的运动速度差别很大讲电子和原子运动分开考虑固体物理的主要困难
null电子－电子相互作用，电子－离子相互作用
null多体问题（典型量级：10
23
）
2,单电子近似多电子薛定谔求解极为困难即便解存在也无意义－无法遍历 10
23
个解单电子近似
0.2 固体物理的基本近似
null 单电子近似的基本思想
12 12
22
2
12 12
,
0
0
(,) (,)
1
[](,)(,)
4
4( )
NN
j NN
jij ij
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πε
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=
+ =
∑∑ ∑
rr r rr r
rr r rr r
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h
若电子的坐标为 r
j
，离子的坐标为 R
j
,则电子体系的薛定谔方程为：
－此方程几乎不能求解－此方程几乎不能求解若可以找到近似的势函数，使得体系的哈密顿量及薛定谔方程为：
2
2
[()]
2
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j
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m
=+
∑
r
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2
2
12 12
[()](,)(,)
2
j jN N
j
e
VE
m
+ =
∑
rrrr rrr
h
对上述的薛定谔方程，由于没有变量的交叉项，数学上可以分离变量求解，即可假定：
0.2 固体物理的基本近似
12
(,) ()
N jj
j
j
j
E
ε
=
=
∏
∑
rr r r
2
2
12 12
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2
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j
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=
∑∑
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（1）
(2)
将式（ 2）代入式（ 1），等式两边同除?,可得：
()
j jj
H? ε=r
思考：思考：
求和号可否去掉？求和号可否去掉？
对于不同电子，其哈密顿是否一样？对于不同电子，其哈密顿是否一样？
对于不同电子其能级结构是否一样对于不同电子其能级结构是否一样每个方程形式都一样，只须求解一个方程
－－单电子近似
0.3 课程的主要内容
1、晶体结构和与晶体结合
2、晶格热振动（固体中原子运动规律）
3、金属的自由电子理论
4、晶体的能带理论
5、固体的磁性
6、半导体
7、超导电性
0.4 授课模式
null 强调物理概念的清晰性
null 强调物理逻辑的准确性
null 先模型－再理论－回到固体性质
0.5 主要参考书
1,黄昆原著，韩汝琦改编，《固体物理学》，高等教育出版社
2,方俊鑫，陆栋主编，《固体物理学》，上海科学技术出版社
3,C,基泰尔著，项金钟，吴兴惠译《固体物理导论》（原著第八版），化学工业出版社
4,N.W,Ashcroft and N.D,Mermin,Solid State
Physics,世界图书出版公司
