《固体物理基础概论》PPT课件

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1、固体物理基础主讲教师：孙会元教学网页1：学院的教学网站进入方式2：学校主页—机构设置—党政机构—教务处—网络教学平台—课程展示—物理科学与信息工程学院—固体物理地址：http://202.206.99.233/gtwl/kcjs.html教学网页2：教务处的网络教学平台进入方式1：学校主页—校内资源—网络教学（或学分制选课系统—网络教学—BB平台）课程内容链接地址绪论一、固体物理基础的内容三、如何学好固体物理学二、固体物理基础的地位四、参考书目固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，在压强和温度一定，且无外力作用时，它的形状和体积保持不变。包括晶体、准晶体和非晶体。一、固体物理基础

2、的内容1．概念固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。组成晶态固体的粒子在空间周期性排列,具有长程序,它的对称性是破缺的。非晶体与晶体相反，其组成粒子在空间的分布是完全无序或仅仅具有短程序,具有高度的对称性。准晶介于晶体和非晶体之间，粒子在空间分布有序，但不具有周期性，仅仅具有长程的取向序。固体物理的研究对象以晶体为主。准晶2.固体物理学的基本任务：是企图从微观上去解释固体材料的宏观物性，并阐明其规律。固体物理是建立在周期性和单粒子近似下的简单理论。3.固体物理的学习目的：1）进一步熟悉以前所学理论物理（量子力学、热

3、统等）知识的作用。2）固体物理基础强调对固体物理学的科学方法、物理图象以及模型建立的理解。要求掌握固体物理学的基本概念、基本模型和方法并了解它们在各类技术中的应用。3）固体物理学是凝聚态物理学、微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，所以希望通过本课程的学习，掌握从事凝聚态物理和材料物理研究工作的起码的基础，以及进一步学习固体理论和凝聚态物理学所需要的基本概念和知识。4．固体物理的基本问题和研究内容1）固体物理学的基本问题简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动

4、形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？如何设计和制备自然界中不存在的固体材料并具有奇异的物性？2）固体物理涉及的内容有：晶体学物理、非晶态物理、金属物理、半导体物理、相变物理、电介质物理、磁性物理、低温物理、高压物理、超导体物理、表面物理、纳米电子学等。5．固体物理的建立和发展固体物理学科的建立和发展体现在了下面几个方面：1）晶体结构的认知；2）晶体结合的认知；3）晶格振动和固体比热容的认识和发展；4）缺陷的认知；5）固体电子论的发展；6）相变的研究；7）固体磁性；8）超导现象的认识和发展；9）半导体物理的研究及无序系统和一些新的进展等上述不同方面的研

5、究成果导致了固体物理的诞生。1940年，塞兹(Seitz)的专著《近代固体理论》为以后的固体物理学教材提供了样板。之后，伴随着固体物理学的迅猛发展，他们从1955年开始，几乎每年都要出一本《固体物理学——研究与应用的进展》，以便收集各分支最新进展的综述，一致持续到今天。我国的老一辈科学家黄昆、程开甲等最早在国内开展了固体物理课程从固体物理的发展可以看出，固体物理包含的内容非常广泛。国内外多数的固体物理教材都是按照固体物理的发展顺序编排的。各章节之间缺少联系，就好像散落的珍珠一样，缺少一条主线把它们串起来，这对初次接触固体物理的学生来说，感到很困惑，摸不着头绪。有没有可能找到一条主线，把散落

6、的知识点联系在一起呢？以固体电子论的发展为主线可以把散落的知识点联系在一起。首先从金属的自由电子论讲起，在领略该模型的巨大成功时也要知道该模型的不足。并指出这些不足就是由于忽略了离子实和电子之间的相互作用导致的，为此必须加以修正。而要考虑离子实和电子的相互作用，就必须知道离子实在晶体中的排列方式。由此引入第二章晶体结构的内容。有了晶体结构的知识以后，就可以修改自由电子模型了。在周期势单电子近似下，晶体电子的能谱呈现能带结构，从而引入第三章能带论的内容。在能带论的讲述中，通过绝热近似使学生认识到晶格体系和电子体系可以分开处理，为第四章的晶格振动打下伏笔。通过晶格振动的讲述引入声子概念，从而可

7、以用电子、声子来描述固体中的输运问题了，这就是第五章固体输运现象的内容。通过金属、半导体的电、热、光输运特性，尤其是电阻的产生机制，为第六章晶体结合、晶体缺陷和相图的引入做好铺垫。这样，就以固体电子论的发展为主线把各个知识点结合在了一起。而且从教学进度来说，采取这样的体系编排，科学、有效。因为第一、二两章的内容，相对容易理解，容易入门。而第三章能带论作为固体物理最重要且最难的内容，恰好处在一个学期的中间。此时，学生对教师