本書是新一版的固體物理學(xué)教材，作者力圖從原創(chuàng)的科學(xué)家的思想出發(fā)，介紹固體物理學(xué)中主要的概念、實(shí)驗(yàn)和理論，其中包括了固體物理學(xué)史、化學(xué)鍵與晶體組成、固體結(jié)構(gòu)、晶體振動(dòng)和固體熱性質(zhì)、固體電子理論、固體的電性質(zhì)（輸運(yùn)過程）、固體的磁性、固體的介電性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)等內(nèi)容。本書適合涉及電子、器件與材料專業(yè)的本科生或研究生學(xué)習(xí)。
在本書第1版出版后近3年，應(yīng)清華大學(xué)出版社之邀，本書將出第2版。根據(jù)讀者的反饋，以及我自己在教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，書中有不少細(xì)節(jié)的地方敘述過簡(jiǎn)，初學(xué)者很不容易把握，因此還有待加強(qiáng)和改善。
恰巧通過清華出版社的推薦，美國(guó)的Thomson Learning出版社有意出版本書的英文版。本書第2版的中文版于是就與英文版一起進(jìn)行寫作和修改，這樣可以起到互相校正的作用。
本書第2版與第1版比較，課程的大框架沒有變。但是，敘述細(xì)節(jié)以及圖片有大量的增加。例如，我在重寫第2章的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)哈特里-福克方程與化學(xué)鍵的物理解釋關(guān)系密切，因此必須結(jié)合哈特里-福克理論才能正確分析各種化學(xué)鍵結(jié)合能的量子力學(xué)來源。又比如說，在第5章中，我發(fā)現(xiàn)在量子化學(xué)和計(jì)算材料學(xué)中常用的能帶計(jì)算方法，必須建立在密度泛函理論的基礎(chǔ)上；因此在討論真實(shí)能帶之前，初步介紹密度泛函理論及相關(guān)的計(jì)算法就是必要的。再比如說，我發(fā)現(xiàn)第1版的書中原來提及的很多理論和實(shí)驗(yàn)是獲得過諾貝爾獎(jiǎng)的，只不過我原來沒有查閱資料，忽略過去了，在第2版中，希望能更好地體現(xiàn)這些思想的精彩之處。
本書的寫作目的是闡述固體物理諸多分支中共有的哲學(xué)基礎(chǔ)。固體物理及其拓展的凝聚態(tài)物理，在所有的物理學(xué)知識(shí)中占有相當(dāng)?shù)谋壤�。物理學(xué)在從宏觀到微觀的所有尺度上都獲得了巨大的成功，固體物理學(xué)與其他物理學(xué)分支一樣，都是奠基于偉大學(xué)者提出的激動(dòng)人心的思想；只不過固體物理學(xué)著重研究10-10～10-2m這個(gè)重要區(qū)間內(nèi)的固體的結(jié)構(gòu)、電磁聲光熱等基本原理。顯然，這個(gè)區(qū)間恰好是現(xiàn)代高科技工業(yè)、特別是電子工業(yè)的尺度區(qū)間。因此，固體物理學(xué)不僅是微觀和宏觀世界之間的橋梁，也是自然科學(xué)和現(xiàn)代工程學(xué)科之間的重要橋梁之一。
感謝清華大學(xué)出版社和Thomson Learning出版社的編輯，沒有他們的鼓勵(lì)，珠玉在前，我真的沒有勇氣來完成一本英文教材，并對(duì)中文原版做大幅度的修改。本書第2版相關(guān)的教學(xué)參考和習(xí)題解答也將由清華大學(xué)出版社出版，希望對(duì)新接觸固體物理課的讀者有所幫助。
最后我還要感謝在固體物理方面教育和影響過我的老師們，包括北京大學(xué)物理學(xué)院的秦國(guó)剛院士，他教過我本科的固體物理課程；還有美國(guó)加州大學(xué)(University of California at San Diego, UCSD)物理系我的導(dǎo)師Daniel P. Arovas教授、Robert C.Dynes教授、Lu J.Sham教授、Jorge Hirsch教授、Harry Suhl教授；還有本系的朱靜院士和柳百新院士在研究的著眼點(diǎn)方面對(duì)我的影響。他們的教育和知識(shí)對(duì)我的影響是無法估價(jià)的。
第1章 緒論1
1.1 古希臘的原子論1
1.2 固體物理的發(fā)展史4
1.3 自然界中的固體及固體物理學(xué)7
本章小結(jié)10
本章參考文獻(xiàn)10
第2章 化學(xué)鍵和晶體形成11
2.1 原子的量子模型12
2.2 離子鍵和離子晶體15
2.3 共價(jià)鍵和共價(jià)晶體19
2.4 金屬鍵和典型金屬23
2.5 原子和分子固體25
本章小結(jié)29
本章參考文獻(xiàn)30
本章習(xí)題30
第3章 固體結(jié)構(gòu)32
3.1 晶體的幾何描述32
3.2 對(duì)稱性與晶格結(jié)構(gòu)的分類36
3.2.1 對(duì)稱性與二維布拉菲點(diǎn)陣的分類37
3.2.2 點(diǎn)群與三維布拉菲點(diǎn)陣的分類39
3.3 晶體的自然結(jié)構(gòu)43
3.3.1 元素晶體的結(jié)構(gòu)43
3.3.2 化合物的結(jié)構(gòu)： 泡林規(guī)則47
3.4 倒易點(diǎn)陣和布里淵區(qū)51
3.4.1 倒易點(diǎn)陣51
3.4.2 布里淵區(qū)53
3.5 衍射與晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定56
3.5.1 X射線衍射、電子衍射和中子衍射58
3.5.2 衍射理論65
3.6 無序固體結(jié)構(gòu)71
3.6.1 非晶體73
3.6.2 準(zhǔn)晶體75
3.6.3 液晶78
本章小結(jié)85
本章參考文獻(xiàn)86
本章習(xí)題87
第4章 晶格振動(dòng)和固體熱性質(zhì)89
4.1 愛因斯坦聲子模型91
4.2 德拜聲子模型94
4.3 晶格動(dòng)力學(xué)和中子衍射98
4.3.1 晶格動(dòng)力學(xué)98
4.3.2 光學(xué)支和聲學(xué)支101
4.3.3 聲子能譜的中子衍射測(cè)定105
本章小結(jié)108
本章參考文獻(xiàn)109
本章習(xí)題109
第5章 固體電子理論111
5.1 德魯?shù)履Ｐ停?自由電子氣體113
5.2 索末菲模型： 自由電子費(fèi)密氣體117
5.2.1 電子的比熱容121
5.2.2 電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率123
5.2.3 電子從金屬表面的熱發(fā)射125
5.2.4 霍爾效應(yīng)127
5.3 能帶理論129
5.3.1 布洛赫定理130
5.3.2 緊束縛模型132
5.3.3 弱晶格勢(shì)近似136
5.3.4 密度泛函理論與能帶計(jì)算法的介紹139
5.3.5 真實(shí)能帶和費(fèi)密面141
5.3.6 半經(jīng)典模型和有效質(zhì)量146
本章小結(jié)149
本章參考文獻(xiàn)149
本章習(xí)題151
第6章 固體的電性質(zhì)： 輸運(yùn)過程154
6.1 導(dǎo)體155
6.2 半導(dǎo)體159
6.2.1 半導(dǎo)體的特性161
6.2.2 載流子濃度和遷移率167
6.2.3 半導(dǎo)體器件的基本概念179
6.3 超導(dǎo)體189
6.3.1 超導(dǎo)體的特性191
6.3.2 唯象理論194
6.3.3 微觀BCS理論199
本章小結(jié)202
本章參考文獻(xiàn)202
本章習(xí)題204
第7章 固體的磁性207
7.1 磁性的量子力學(xué)根源210
7.1.1 單原子近似： 原子磁矩211
7.1.2 自由電子近似： 朗道能級(jí)214
7.2 磁性的類別217
7.2.1 抗磁性217
7.2.2 順磁性219
7.2.3 鐵磁性225
7.2.4 反鐵磁性和亞鐵磁性230
7.3 自旋與基本粒子的相互作用233
7.3.1 中子磁性衍射和磁結(jié)構(gòu)233
7.3.2 自旋波與中子非彈性散射235
7.3.3 電子自旋共振和核磁共振239
本章小結(jié)242
本章參考文獻(xiàn)243
本章習(xí)題245
第8章 固體的介電性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)247
8.1 固體的光性質(zhì)、電性質(zhì)和磁性質(zhì)的統(tǒng)一249
8.2 洛倫茲光學(xué)模型和電極化過程251
8.2.1 德魯?shù)陆饘俟鈱W(xué)模型256
8.3 激光： 愛因斯坦的受激輻射理論258
8.3.1 輻射的量子力學(xué)理論258
8.3.2 微波激射器和激光器260
本章小結(jié)263
本章參考文獻(xiàn)264
本章習(xí)題265
索引266
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