高政祥固体物理讲义

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1、前言教学大纲第一讲：晶体结构上第二讲：晶体结构下第三讲：倒格子和晶体衍射第四讲：晶体的宏观对称性第五讲：晶体的结合上第六讲：晶体的结合下第七讲：晶格振动上一维单原子链第八讲：晶格振动上一维双原子链三维晶格振动第九讲：晶格热容的量子理论第十讲：晶格的热膨胀和热传导第十一讲：例题解析第十二讲：晶体中的缺陷和扩散上第十三讲：晶体中的缺陷和扩散下第十四讲：金属自由电子论第十五讲：布洛赫定理第十六讲：近自由电子近似第十七讲：紧束缚近似第十八讲：布洛赫电子的准经典运动第十九讲：在恒定磁场中布洛赫电子的运动第二十讲：晶体的

2、能带上第二十一讲：晶体的能带下第二十二讲：半导体的基本能带结构第二十三讲：半导体中电子的统计分布第二十四讲：能带理论例题第二十五讲：密度泛函理论上第二十六讲：密度泛函理论下参考书1.黄昆韩汝琦固体物理基础高等教育出版社，1988北京2.阎守胜固体物理基础（第二版）北京大学出版社，2003北京3.C.基泰尔固体物理导论科学出版社，1979，北京4.C.Kittle,IntroductiontoSolidstatePhysics,7thedition,1996,JohnWilley&Sons5.NeiiW.Ash

3、croft,N.DavidMermin,SolidStatePhysics,Holt,RinehartandWinston,19766.谢希德陆栋固体能带理论复旦大学出版社1998上海7.StefanoBaronietal.,“Phononandrelatedcrystalpropertiesfromdensity-functionalperturbationtheory”,ReviewofModernPhysics,73(2001)515成绩评定计分：期中：40分，作业：10分，期终+专题研究50分。及时交

4、作业。期中考试内容：1-13讲；考试时间：2005.4.18（星期一）。期终考试内容：全部。以14讲以后的内容为主，涉及1-13讲的内容，1-13讲不单独出题。学习方法1重点是物理思想、物理模型、物理图象。提高分析问题、解决问题的基础能力，培养发现问题、提出问题的创新思维。例题、习题的举一反三。阅读参考书，扩大知识面。利用网络资源获取固体物理研究前沿和最新进展。2第一讲：晶体结构上晶体、非晶体和准晶体理想晶体中原子排列是十分规则的，主要体现是原子排列具有周期性，或者称为是长程有序的。非晶体则不具有长程有序的性

5、质，但是在非晶体中原子排列也不是杂乱无章、完全无序的，仍然保留有原子排列的短程序。1984年在实验中发现了一类和晶体、非晶体都不相同的固体，在这类固体中发现了已经证明在晶体中不可能存在的五重对称轴，使人们想到介于晶体和非晶体之间的固体，称为准晶体。晶格+基元=晶体结构所有晶体的结构用晶格来描述，晶格是一种数学上的抽象，它是由数学上的几何点在空间有规律地作周期性的无限重复分布构成的。这种晶格的每一个格点上附有一群完全相同的原子，这样一个完全相同的原子群称为基元。当原子基元以相同的方式安置在每一个格点上，就构成了

6、晶体结构。简单地说晶格加基元就形成晶体结构。原胞和基矢所有晶格的共同特点是具有周期性，通常用原胞和基矢来描述晶格的周期性，晶格的原胞(Primitivecell)是指一个晶格最小的周期性单元，对三维晶格来说可以是一个平行六面体，对二维晶格可以是一个平行四边形。原胞的选取不是唯一的原胞中只包含一个格点原胞的选取是不唯一的。原则上讲只要是最小周期性单元都可以。判断最小周期性单元的标准只要考察这个重复单元中是否只包含一个格点。晶格基矢晶格基矢是指原胞的边矢量，一般用a1,a2,a3表示。原胞的体积为：Ω＝a1·a2

7、×a3简单立方晶格的原胞和基矢简单立方晶格的立方单元就是最小的周期性单元，通常就选取它作为原胞。它的三个基矢为：ai=a1aj=a2ak=a3体心立方晶格的原胞和基矢在体心立方晶格中，通常由一个立方顶点到最近的三个体心得到三个晶格基矢：aai1=+()j−k2aaj2=+()k−i2aak3=+()i−j21面心立方晶格的原胞和基矢在面心立方晶格中，通常由一个立方顶点到三个相邻的面心的矢量作为晶格基矢：aai1=+()j2aaj2=+()k2aak3=+()i2W

8、igner-Seitz原胞作由晶格原点出发的所有晶格矢量的垂直平分面，这些垂直平分面所封闭的包含晶格原点的最小空间，称为Wigner-Seitz原胞。2二维正方格子的W－S原胞体心立方的Wigner-Seitz原胞面心立方的Wigner-Seitz原胞单胞和轴矢有些情况下，原胞不能反映晶格的对称性，例如面心立方晶格的原胞，虽然已经选择得尽可能对称，但没有反映整个格子的立方对称性。在这种情况下，晶体学