《固體物理導(dǎo)論》是教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃教材。本書主要圍繞固體的微觀結(jié)構(gòu)，微觀粒子的存在狀態(tài)、相互作用及運動變化規(guī)律，固體的宏觀物理性質(zhì)及用途展開，蘊含了近似、假設(shè)、抽象、簡化等研究方法，滲透了晶體結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的辯證觀點。教材緒論部分介紹了固體物理學(xué)的研究對象、發(fā)展歷史及其涵蓋的內(nèi)容，并補充了量子力學(xué)的基本知識作為鋪墊。其后包含6章內(nèi)容，前3章均圍繞固體內(nèi)部原子的相互作用和運動變化規(guī)律展開，如晶體的結(jié)構(gòu)及表征、晶體的結(jié)合類型及鍵合性質(zhì)、晶格振動理論及熱學(xué)性質(zhì)。第4章和第5章圍繞電子的相互作用和運動變化規(guī)律展開，包括金屬自由電子氣體模型及考慮晶體周期性勢場時電子的能帶理論。第6章介紹理想晶體中的缺陷結(jié)構(gòu)及理論。本書內(nèi)容體系完整，便于學(xué)生建立起晶體內(nèi)原子、電子、聲子等微觀粒子存在狀態(tài)、運動變化的物理圖像及其有關(guān)模型，掌握晶體內(nèi)微觀粒子的運動規(guī)律及其與晶體宏觀性能的物理聯(lián)系。
本書適用于材料類各專業(yè)和物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、工程物理、光學(xué)等專業(yè)的本科生和研究生，對需要固體物理背景知識的其他專業(yè)亦可作為教材使用。
馬飛，西安交通大學(xué)材料學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃，陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，陜西省杰出青年基金獲得者�，F(xiàn)任西安交通大學(xué)材料學(xué)院副院長，兼任陜西省納米學(xué)會理事長等職務(wù)。長期工作在教學(xué)科研第*一線，已培養(yǎng)研究生50余名，獲西安交通大學(xué)教師授課競賽一等獎1項，獲西安交通大學(xué)“研究生教育優(yōu)秀導(dǎo)師”、“優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”等稱號。指導(dǎo)本科生獲第十六屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎1項，獲第三十一屆“騰飛杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎1項；指導(dǎo)學(xué)生獲校級碩士研究生優(yōu)秀學(xué)位論文1篇和校級優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計2人次。主持國家自然科學(xué)基金等重要項目20余項，發(fā)表論文250余篇，授權(quán)發(fā)明專利15件。獲省部級科學(xué)技術(shù)獎4項，獲第十二屆陜西省青年科技獎。
緒論
0.1固體物理學(xué)的研究對象 001
0.2固體物理學(xué)的發(fā)展歷史 002
0.2.1晶體學(xué)的研究 002
0.2.2固體比熱理論的建立 003
0.2.3晶體結(jié)構(gòu)的實驗發(fā)展 003
0.2.4自由電子理論的建立 003
0.2.5固體能帶理論的建立 003
0.2.6固體磁學(xué)的發(fā)展 004
0.3固體物理學(xué)的研究內(nèi)容 004
0.3.1固體中原子的排列——結(jié)構(gòu)問題 004
0.3.2固體結(jié)構(gòu)的形成——結(jié)合力問題 005
0.3.3固體中原子的相互作用和運動規(guī)律——晶格動力學(xué) 005
0.3.4固體中自由電子的運動規(guī)律——金屬自由電子理論 006
0.3.5固體中電子的相互作用和運動規(guī)律——能帶理論 006
0.3.6固體中缺陷的形成與性質(zhì)——缺陷問題 006
0.3.7具體實例——固體理論和實驗知識的應(yīng)用 007
0.4預(yù)備知識——量子力學(xué)基礎(chǔ) 007
0.4.1經(jīng)典物理學(xué)的困難以及光的波粒二象性 007
0.4.2微粒的波粒二象性 009
0.4.3波函數(shù)及薛定諤方程 009
第1章晶體結(jié)構(gòu)及X射線衍射
1.1晶體的特征以及空間點陣 012
1.1.1晶體及其特征 012
1.1.2空間點陣 013
1.2晶體的周期性 014
1.2.1一維布拉菲晶格 014
1.2.2一維復(fù)式晶格 014
1.2.3三維布拉菲晶格 015
1.3晶體晶列與晶面的表示方法 019
1.3.1晶列與晶面 019
1.3.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 019
1.4倒易空間和倒格子 022
1.4.1倒格子與晶格的關(guān)系 023
1.4.2倒格矢 025
1.4.3倒格子的性質(zhì) 026
1.5晶體的對稱性 028
1.5.1線性變換 028
1.5.2基本的對稱操作 029
1.6晶系和布拉菲原胞的分類 032
1.7晶體的衍射 033
1.7.1概述 033
1.7.2X射線衍射 034
1.7.3電子衍射和中子衍射 034
1.8X射線衍射方程、反射公式和反射球 035
1.8.1X射線衍射方程 035
1.8.2反射公式 036
1.8.3反射球 037
1.8.4晶體衍射方法 037
1.9幾何結(jié)構(gòu)因子 039
1.9.1復(fù)式晶格的衍射 039
1.9.2幾何結(jié)構(gòu)因子 040
習(xí)題 042
【拓展閱讀】 043
奧古斯特·布拉菲（Auguste Bravais,1811—1863） 043
威廉·康拉德·倫琴（Wilhelm Conrad Rntgen,1845—1923） 044
威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg,1862—1942） 044
威廉·勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg,1890—1971） 044
第2章晶體的結(jié)構(gòu)
2.1原子的電負(fù)性 046
2.1.1原子的電子分布 046
2.1.2原子的電離能 047
2.1.3電子親和能 047
2.1.4原子的電負(fù)性 047
2.2晶體的結(jié)合類型 048
2.2.1離子晶體 049
2.2.2原子晶體（共價晶體） 049
2.2.3金屬晶體 050
2.2.4分子晶體 051
2.2.5氫鍵晶體 051
2.3結(jié)合力的一般性質(zhì) 052
2.3.1晶體內(nèi)粒子之間的相互作用 052
2.3.2晶體的勢能 053
2.3.3晶體結(jié)構(gòu)及性能與結(jié)合能的關(guān)系 054
2.4非極性分子晶體的結(jié)合能 055
2.4.1非極性分子晶體的原子間作用勢 055
2.4.2非極性分子晶體的勢能及有關(guān)參量 057
2.5離子晶體的結(jié)合 059
2.5.1離子晶體的結(jié)合能及性質(zhì) 059
2.5.2馬德隆常數(shù)的計算 061
2.5.3離子半徑 061
2.6原子晶體的結(jié)合 063
2.6.1共價鍵的形成機(jī)理 063
2.6.2共價鍵的特征 063
習(xí)題 064
【拓展閱讀】 065
萊納斯·卡爾·鮑林（Linus Carl Pauling,1901—1994） 065
沃爾夫?qū)づ堇?Wolfgang E.Pauli,1900—1958) 065
第3章晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)
3.1一維原子鏈的振動 067
3.1.1一維簡單晶格的情形 067
3.1.2一維復(fù)式晶格的情形 069
3.1.3聲學(xué)波和光學(xué)波的色散關(guān)系 070
3.1.4周期性邊界條件（玻恩-卡門邊界條件） 073
3.2晶格振動的能量量子化——聲子 074
3.2.1晶格振動模式及聲子的概念 074
3.2.2聲子的性質(zhì) 074
3.2.3聲子的動量 075
3.2.4聲子與微觀粒子的相互作用 075
3.3晶格振動的長波近似 076
3.3.1長聲學(xué)波 076
3.3.2長光學(xué)波 078
3.4固體的比熱 081
3.4.1經(jīng)典熱容理論 081
3.4.2熱容的量子理論 082
3.4.3模式密度（態(tài)密度）的求法 083
3.4.4愛因斯坦模型 084
3.4.5德拜模型 085
3.5晶格振動聲子譜的實驗測定 088
3.5.1光子與聲子的相互作用 088
3.5.2中子與聲子的相互作用 089
3.6晶格振動的非簡諧效應(yīng) 090
3.6.1非簡諧效應(yīng)及其本質(zhì) 090
3.6.2熱傳導(dǎo)與非簡諧效應(yīng) 091
3.6.3熱膨脹與非簡諧效應(yīng) 092
習(xí)題 093
【拓展閱讀】 094
馬克斯·玻恩（Max Born,1882—1970） 094
黃昆(1919—2005) 095
第4章金屬自由電子費米氣體
4.1金屬自由電子的物理模型 096
4.1.1經(jīng)典金屬自由電子論及其局限性 096
4.1.2金屬自由電子費米氣體模型 098
4.2金屬自由電子氣體的費米參數(shù) 099
4.2.1一維自由電子費米氣體 099
4.2.2三維自由電子費米氣體 101
4.3金屬自由電子氣體的熱學(xué)性質(zhì) 104
4.3.1電子能態(tài)密度 104
4.3.2電子氣體熱容的定性解釋 105
4.3.3電子氣體熱容的定量解釋 106
4.3.4金屬的實驗熱容 107
4.4電導(dǎo)率和歐姆定律 107
4.4.1基本理論 107
4.4.2散射機(jī)制與電阻率 109
4.5功函數(shù)和接觸勢差 109
4.5.1功函數(shù)的產(chǎn)生 109
4.5.2金屬間的接觸勢差 110
習(xí)題 111
【拓展閱讀】 112
亨德里克·安東·洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928） 112
阿諾德·索末菲（Arnold Sommerfeld,1868—1951） 112
第5章固體電子能理論
5.1近自由電子氣體模型和能隙的起源 114
5.2布里淵區(qū)與電子能帶結(jié)構(gòu) 116
5.2.1二維簡單正方晶格的布里淵區(qū) 116
5.2.2布里淵區(qū)與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系 117
5.2.3立方晶格的第一布里淵區(qū) 118
5.2.4三維晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖 119
5.3布洛赫定理 121
5.4克龍尼克-潘納模型 122
5.5緊束縛近似——原子軌道線性組合法 124
5.5.1緊束縛近似模型與微擾理論計算 124
5.5.2周期場中電子運動的本征態(tài)和本征能量 126
5.5.3緊束縛近似計算的兩個簡單例子 127
5.6晶體中電子的準(zhǔn)經(jīng)典運動 129
5.6.1波包和電子速度 129
5.6.2外力作用下電子狀態(tài)的變化和準(zhǔn)動量 130
5.6.3電子的加速度和有效質(zhì)量 130
5.7恒定電場作用下電子的運動 132
5.7.1電子運動速度和有效質(zhì)量 132
5.7.2恒定電場作用下電子的運動特性 133
5.8導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋 133
5.8.1滿帶電子不導(dǎo)電 134
5.8.2導(dǎo)體和非導(dǎo)體的模型 134
5.8.3空穴 135
習(xí)題 136
【拓展閱讀】 137
布洛赫（Felix Bloch, 1905—1983） 137
萊昂·布里淵（Léon Nicolas Brillouin,1889—1969） 137
第6章晶體的缺陷理論
6.1晶體缺陷的基本類型 138
6.1.1點缺陷 138
6.1.2線缺陷 140
6.1.3柏氏矢量 142
6.1.4面缺陷和體缺陷 143
6.2點缺陷的性質(zhì) 146
6.2.1缺陷運動與統(tǒng)計平衡 146
6.2.2缺陷的擴(kuò)散 148
6.2.3離子晶體中的點缺陷擴(kuò)散 152
6.3局域態(tài) 154
6.3.1局域振動 154
6.3.2色心 155
6.3.3雜質(zhì)能級 157
習(xí)題 159
【拓展閱讀】 160
華特·肖特基（Walter Hermann Schottky,1886—1976） 160
馮端（1923—2020） 161
參考文獻(xiàn)
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