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第1章 量子理论基础1

1.1 微观粒子的基本属性1

1.1.1 微观粒子的波粒二象性和波函数1

1.1.2 微观粒子状态的可迭加性3

1.1.3 全同微观粒子的不可分辨性3

1.1.4 费米子和玻色子4

1.2 薛定谔方程6

1.2.1 含时间的薛定谔方程6

1.2.2 不含时间的薛定谔方程-定态问题9

1.2.3 定态问题举例11

1.3 全同粒子体系的统计分布函数17

1.3.1 微观状态及最概然分布17

1.3.2 统计分布函数19

1.4 多体体系的一种近似处理方法21

1.5 固体物理的两个基本近似24

附录1A 量子力学中的力学量25

1A.1 算符和厄米算符25

1A.2 厄米算符的本征值和本征函数26

1A.3 算符的对易关系及共同本征函数27

1A.4 量子力学中力学量的算符表述28

附录1B 角动量及其本征值28

习题130

第2章 晶体结构与晶体结合31

2.1 晶体结构的周期性31

2.2 晶体的宏观对称性与晶系33

2.2.1 晶体的宏观对称性34

2.2.2 布拉菲单胞与晶系36

2.3 晶向与晶面指数38

2.3.1 晶向及晶向指数39

2.3.2 晶面及晶面指数39

2.3.3 晶面间距40

2.4 实际晶体结构举例41

2.4.1 单质金属的晶体结构41

2.4.2 碳同素异构体的晶体结构43

2.4.3 立方ZnS（闪锌矿）结构45

2.4.4 NaCl结构45

2.4.4 CsCl结构46

2.5 倒格子与布里渊区47

2.5.1 倒格子47

2.5.2 布里渊区50

2.6 晶体的布拉格衍射条件54

2.6.1 布拉格方程55

2.6.2 布拉格衍射的波矢条件56

2.6.3 结构因子与衍射消光57

2.7 晶体结合的一般性质58

2.7.1 原子间相互作用势能的特点59

2.7.2 晶体的结合能与晶体的性质60

2.8 晶体结合的分类62

2.8.1 离子晶体62

2.8.2 共价晶体65

2.8.3 金属晶体69

2.8.4 氢键晶体69

2.8.5 分子晶体70

附录2A 立方晶系原胞和单胞的关系71

习题273

第3章 晶格振动与晶体的热性质75

3.1 简谐近似75

3.2 一维简单晶格的振动77

3.2.1 振动方程与格波77

3.2.2 周期性边界条件及波矢的取值78

3.3 一维双原子复式晶格的振动80

3.3.1 色散关系与独立格波数目80

3.3.2 光学格波和声学格波82

3.4 三维晶格振动84

3.4.1 格波85

3.4.2 周期性边界条件及格波数86

3.5 晶格振动量子化与声子89

3.5.1 晶格振动的量子化89

3.5.2 关于声子的讨论91

3.5.3 声子频谱的测定92

3.6 晶格比热94

3.6.1 实验规律及经典玻尔兹曼统计理论的困难94

3.6.2 爱因斯坦模型95

3.6.3 德拜模型96

3.7 非简谐效应与晶体的热膨胀104

3.8 晶格热传导106

3.8.1 热导率与声子的平均自由程107

3.8.2 声子间的碰撞过程108

3.8.3 杂质和界面对声子的散射111

3.9 离子晶体的长光学波113

3.9.1 长光学晶格振动的特点113

3.9.2 黄昆方程和LST关系113

习题3116

第4章 金属自由电子理论117

4.1 经典自由电子理论117

4.1.1 电导率118

4.1.2 自由电子气比热119

4.2 量子自由电子理论120

4.2.1 自由电子的能级及态密度120

4.2.2 费米能级124

4.2.3 温度对电子化学式和分布规律的影响128

4.3 金属的低温比热130

4.4 金属的电导率132

4.4.1 电导率公式132

4.4.2 温度和杂质对电导率的影响135

4.5 金属的霍尔效应137

4.5.1 电子在静态磁场中的运动137

4.5.2 霍尔效应138

4.6 电子发射与接触势差140

4.6.1 功函数和金属表面电子发射140

4.6.2 接触势差145

习题4147

第5章 能带理论基础149

5.1 基本假定149

5.2 一维金属的能带151

5.2.1 近自由电子模型和能带152

5.2.2 布洛赫定理及能带的一般性155

5.2.3 能带的特点156

5.2.4 空晶格模型158

5.3 布洛赫定理159

5.3.1 布洛赫定理证明159

5.3.2 关于布洛赫定理的讨论161

5.3.3 波矢k的取值161

5.4 能带的一般性质163

5.4.1 晶体能带的普遍性163

5.4.2 晶体能带一般性质164

5.4.3 能带的表示方法166

5.5 能带计算方法举例167

5.5.1 近自由电子近似167

5.5.2 紧束缚近似171

5.6 能态密度和金属的费米面176

5.6.1 电子态密度的一般表达式176

5.6.2 金属的费米面179

5.7 电子的准经典运动及晶体的导电性182

5.7.1 布洛赫电子的速度182

5.7.2 布洛赫电子在外场中的运动准经典近似182

5.7.3 晶体的导电性与能带的关系185

5.8 电子化合物与能带理论189

习题5193

第6章 半导体晶体195

6.1 半导体的能带结构及本征光吸收195

6.1.1 半导体能带的特点195

6.1.2 典型半导体的能带结构197

6.1.3 半导体的本征光吸收200

6.2 电子的有效质量与空穴202

6.3 杂质半导体205

6.3.1 施主掺杂和施主能级205

6.3.2 受主掺杂和受主能级207

6.3.3 半导体中的几种电子过程209

6.4 载流子的平衡统计分布210

6.4.1 热平衡载流子的统计分布210

6.4.2 本征半导体的热平衡载流子213

6.4.3 杂质半导体的热平衡载流子214

6.4.4 温度对载流子浓度的影响216

6.5 导电性与霍尔效应217

6.5.1 电导率217

6.5.2 霍尔系数218

6.5.3 迁移率与温度的关系218

6.6 p-n结220

6.6.1 p-n结的平衡势垒221

6.6.2 p-n结的整流特性223

6.6.3 耗尽层的宽度与扩散电容225

6.6.4 p-n结的光生伏特效应228

6.6.5 p-n结的光发射229

6.7 半导体-非半导体接触230

6.7.1 半导体和金属的肖特基接触230

6.7.2 半导体和金属的欧姆接触231

6.7.3 金属-绝缘体-半导体结构232

习题6235

第7章 固体的磁性237

7.1 孤立原子和离子的磁矩237

7.1.1 单电子有效磁矩238

7.1.2 多电子原子的有效磁矩240

7.2 基本概念及物质方程242

7.3 固体的抗磁性243

7.3.1 朗之万抗磁性243

7.3.2 金属自由电子的朗道抗磁性245

7.4 固体的顺磁性245

7.4.1 普通顺磁性的实验规律与半经典理论246

7.4.2 顺磁盐晶体的顺磁性248

7.4.3 金属传导电子的泡利顺磁性250

7.5 固体的铁磁性251

7.5.1 铁磁性的实验规律251

7.5.2 铁磁性的唯象理论253

7.5.3 自发磁化的交换作用理论257

7.5.4 自发磁化的能带模型259

7.6 固体的反铁磁性260

7.6.1 反铁磁性的实验规律261

7.6.2 反铁磁性的唯象理论261

7.6.3 反铁磁体的交换作用266

7.7 固体的亚铁磁性268

7.7.1 亚铁磁性的实验规律268

7.7.2 亚铁磁性的唯象理论272

7.7.3 亚铁磁体中的间接交换作用272

7.8 强磁材料的磁畴与技术磁化273

7.8.1 磁畴274

7.8.2 磁晶各向异性276

7.8.3 技术磁化276

习题7278

第8章 固体的介电和铁电性质279

8.1 电介质的物质方程279

8.2 电介质的极化281

8.2.1 电介质中的电场281

8.2.2 电介质极化的微观机制285

8.3 极化驰豫290

8.3.1 德拜驰豫方程290

8.3.2 固有电矩转向极化的驰豫292

8.3.3 极化率与频率的关系293

8.4 铁电体的一般性质294

8.4.1 铁电体的基本性质及分类295

8.4.2 自发极化的微观机制297

8.5 铁电相变300

8.5.1 相变的热力学分类与对称性破缺300

8.5.2 朗道二级相变理论302

8.5.3 朗道-德冯希亚一级相变理论305

习题8309

第9章 固体的超导电性311

9.1 超导体的基本性质311

9.1.1 零电阻现象311

9.1.2 完全抗磁性313

9.1.3 临界磁场和临界电流密度314

9.2 两类超导体316

9.3 超导相变的热力学分析317

9.3.1 超导态的内聚能318

9.3.2 超导态的熵和比热318

9.3.3 同位素效应320

9.4 二流体模型及伦敦方程321

9.4.1 二流体模型321

9.4.2 伦敦方程322

9.5 BCS理论324

9.5.1 声子-声子相互作用与库柏对324

9.5.2 BCS理论326

9.6 隧道效应328

9.6.1 单电子隧道效应328

9.6.2 约瑟夫森效应330

9.7 高Tc氧化物超导体332

习题9333

参考文献335