本書分為四篇, 分別為: 固體原子論、原子振動(dòng)及晶格振動(dòng)量子論、固體電子論和固體物理專題。第一篇重點(diǎn)介紹構(gòu)成分子或固體的原子間的結(jié)合力及其變化規(guī)律、原子周期性排列形成的固體在正、倒格子空間如何進(jìn)行描述以及確定固體結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)等。第二篇首先從經(jīng)典力學(xué)角度介紹晶體中原子振動(dòng)問題的理論處理, 由此引出晶體中原子振動(dòng)是一種集體振動(dòng)且以晶格振動(dòng)波 (格波) 的形式在晶體中傳播等重要概念; 然后介紹晶格振動(dòng)的量子理論, 通過表象變換, 將晶格振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立諧振子的運(yùn)動(dòng), 由此引出格波能量量子化、聲子等重要概念, 并基于晶格振動(dòng)量子論對(duì)晶格比熱的問題進(jìn)行分析和討論; 最后簡(jiǎn)單介紹非諧效應(yīng)的理論處理思路以及非諧效應(yīng)所引起的物理效應(yīng)。第三篇首先介紹金屬自由電子氣模型和量子理論, 得到費(fèi)米面、基態(tài)和激發(fā)態(tài)等重要概念和內(nèi)容, 并對(duì)金屬中的現(xiàn)象進(jìn)行分析和討論; 然后重點(diǎn)介紹固體能帶論的物理基礎(chǔ)和固體能帶理論, 并介紹固體能帶計(jì)算的基本思路和一些典型能帶計(jì)算方法; 最后對(duì)金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特征以及固體電子輸運(yùn)理論進(jìn)行了介紹。第四篇涉及固體的導(dǎo)電性。磁性、光學(xué)性質(zhì)、介電和鐵電性質(zhì)、超導(dǎo)電性以及多鐵性專題。
原子的凝聚1
1.1原子結(jié)構(gòu)1
1.2原子電負(fù)性6
1.3原子間相互作用及結(jié)合力的一般性質(zhì)9
1.4金屬鍵結(jié)合12
1.5離子鍵結(jié)合14
1.5.1離子鍵結(jié)合的特點(diǎn)14
1.5.2離子固體的相互作用能15
1.5.3平衡時(shí)相鄰離子間距、體彈性模量和結(jié)合能17
1.6共價(jià)鍵結(jié)合18
1.6.1共價(jià)鍵18
*1.6.2共價(jià)鍵理論基礎(chǔ)19
1.6.3共價(jià)鍵的飽和性和方向性24
1.7氫鍵結(jié)合25
1.8范德瓦斯鍵結(jié)合26
1.8.1范德瓦斯鍵結(jié)合的特點(diǎn)26
1.8.2分子固體的相互作用能28
1.8.3平衡時(shí)相鄰分子間的間距、體彈性模量和結(jié)合能29
1.9軌道雜化30
1.9.1軌道雜化概念30
*1.9.2雜化軌道的理論基礎(chǔ)32
*1.9.3典型等性雜化的雜化態(tài)波函數(shù)及其雜化軌道構(gòu)型34
*1.10典型碳同素異構(gòu)體中碳原子間的結(jié)合及其性能39
1.10.1金剛石(diamond)39
1.10.2石墨(graphite)40
1.10.3富勒烯(fullerene)42
1.10.4碳納米管(carbonnanotubes)45
1.10.5石墨烯(graphene)47
思考與習(xí)題49
第2章晶體結(jié)構(gòu)及其周期性描述51
2.1晶體特征51
2.1.1晶體的宏觀特征51
2.1.2晶體的微觀特征53
2.1.3晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體55
2.1.4原子球堆積模型56
2.2典型的晶體結(jié)構(gòu)57
2.2.1單原子晶體58
2.2.2化合物晶體65
2.3空間點(diǎn)陣71
2.4晶體的平移對(duì)稱性及其描述74
2.4.1晶格周期性與平移對(duì)稱性74
2.4.2固體物理學(xué)原胞75
2.4.3結(jié)晶學(xué)原胞77
2.4.4WS原胞80
2.4.5格矢81
2.4.6晶體物理性質(zhì)的平移對(duì)稱性83
2.5晶列、晶面及其表示84
2.5.1晶列及其表示84
2.5.2晶面及其表示87
2.6晶體宏觀對(duì)稱性及其對(duì)稱操作91
2.6.1正交變換91
2.6.2晶體的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性93
2.6.3晶體的基本對(duì)稱操作95
*2.6.4晶體的點(diǎn)對(duì)稱操作群98
*2.6.5晶體的空間對(duì)稱操作群(簡(jiǎn)稱空間群)99
2.7七大晶系和14種布喇菲點(diǎn)陣100
2.7.1七大晶系100
2.7.214種布喇菲點(diǎn)陣104
*2.8鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及相關(guān)的物理性質(zhì)107
2.8.1鈣鈦礦及其衍生結(jié)構(gòu)107
2.8.2晶體場(chǎng)效應(yīng)109
2.8.3楊—特勒(JahnTeller)效應(yīng)110
2.8.4自旋—軌道耦合效應(yīng)111
思考與習(xí)題112
第3章倒易點(diǎn)陣及其周期性115
3.1正點(diǎn)陣及其數(shù)學(xué)表述115
3.2倒易點(diǎn)陣及其數(shù)學(xué)表述116
3.2.1倒格子空間的基矢117
3.2.2倒易點(diǎn)陣的數(shù)學(xué)表述120
3.3倒易點(diǎn)陣的性質(zhì)121
3.3.1倒格子與正格子間的關(guān)系121
3.3.2晶面與倒易點(diǎn)陣123
3.3.3倒易點(diǎn)陣的對(duì)稱性125
3.3.4晶體物理性質(zhì)的傅里葉級(jí)數(shù)展開126
3.4布里淵區(qū)127
3.4.1倒易點(diǎn)陣周期性描述127
3.4.2布里淵區(qū)劃分的理論依據(jù)及方法128
3.4.3一維、二維和三維晶格的布里淵區(qū)130
思考與習(xí)題136
第4章晶體衍射137
4.1晶體衍射的幾個(gè)標(biāo)志性工作137
4.2勞厄衍射方程139
4.2.1正格子空間的勞厄衍射方程139
4.2.2勞厄衍射方程倒格子空間的表述141
4.3布拉格衍射方程142
4.3.1布拉格衍射方程正格子空間中的表述142
4.3.2布拉格衍射方程倒格子空間中的表述143
4.4衍射加強(qiáng)條件的布里淵表述144
4.5原子散射因子和幾何結(jié)構(gòu)因子147
4.5.1原子散射因子147
4.5.2幾何結(jié)構(gòu)因子148
4.5.3典型晶體結(jié)構(gòu)衍射峰消失的條件150
*4.6固體X射線衍射分析簡(jiǎn)介151
4.6.1XRD實(shí)驗(yàn)原理151
4.6.2XRD分析154
4.6.3XRD的Rietveld法精修和實(shí)例157
思考與習(xí)題159
第5章原子振動(dòng)及晶格動(dòng)力學(xué)161
5.1原子振動(dòng)161
5.2一維單原子晶體的晶格振動(dòng)164
5.2.1運(yùn)動(dòng)方程及其嘗試解164
5.2.2格波165
5.2.3色散關(guān)系166
5.2.4長(zhǎng)波和短波極限168
5.2.5玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值170
5.3一維多原子晶體的晶格振動(dòng)172
5.3.1運(yùn)動(dòng)方程及其嘗試解172
5.3.2色散關(guān)系173
5.3.3聲學(xué)波與光學(xué)波174
5.3.4雙原子鏈玻恩—卡門周期性邊界條件及波矢q的取值177
5.3.5推論179
5.4三維多原子晶體的晶格振動(dòng)180
5.4.1三維晶體晶格振動(dòng)的規(guī)律和結(jié)論180
*5.4.2三維晶體晶格振動(dòng)的理論處理簡(jiǎn)介181
5.5晶格振動(dòng)的量子理論183
5.5.1描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的哈密頓算符184
5.5.2表象變換184
5.5.3狀態(tài)表象中的哈密頓算符表示187
5.5.4格波的能量189
5.5.5推廣到更一般情況190
5.6聲子190
5.6.1聲子的概念190
5.6.2聲子的性質(zhì)191
5.6.3聲子譜193
*5.6.4聲子譜的測(cè)量原理和方法196
5.7晶格振動(dòng)比熱理論197
5.7.1比熱研究的意義197
5.7.2愛因斯坦模型198
5.7.3德拜模型200
5.7.4晶格比熱量子理論204
5.8非諧效應(yīng)207
5.8.1非諧效應(yīng)及其理論處理思路207
5.8.2狀態(tài)方程210
5.8.3非諧效應(yīng)對(duì)非平衡態(tài)性質(zhì)的影響212
思考與習(xí)題215
第6章金屬電子論218
6.1金屬自由電子氣218
6.1.1特魯特模型218
6.1.2索末菲模型220
6.1.3自由電子氣量子理論221
6.2金屬自由電子氣基態(tài)的量子理論222
6.2.1單電子本征態(tài)和本征能量222
6.2.2狀態(tài)密度和能態(tài)密度224......