1、绪论、晶体特征和空间点阵

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1、《固体物理学》教学课件高峰合肥工业大学电物学院2012年09月绪论一、固体物理学主要研究内容二、固体物理学发展历程--为什么要学习固体物理学三、固体物理学课程特点四、固体物理学的研究方法五、固体物理学参考教材从微观上去解释固体材料的宏观性质，并阐明其规律性一、固体物理学主要研究内容基本任务研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态及其相互关系的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科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

2、有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。基本问题主要有以下七个方面：一、固体物理学主要研究内容固体物理学和普通物理不同它的重点不在于描述固体的宏观物理性质而是去阐明和理解固体的宏观性质解释形成这些性质的原因，从而找出控制、利用、改善这些性质的方法。例如：普通物理使我们知道了欧姆定律，固体物理将说明固体电阻的来源并从理论上推导出欧姆定律，分析出不同固体导电性能不同的原因。一、固体物理学主要研究内容固体物理研究的不是单个原子的性质而是大量原子组成在一起形成固体后所表现出来的集体性质。固体是由大量原子和分子组成的，固体的性质虽然也和组成固体的原子、分子种类有关，

3、固体的性质更主要的：是和这些原子采用什么方式结合在一起，他们的空间排列方式、相互作用力类型，特别是和原子形成固体后其价电子的运动状态有关。一、固体物理学主要研究内容例如：性质完全不同的无定形碳、石墨和金刚石都是由相同的碳原子组成的，是碳原子空间排列和结合方式的差异带来了其物理性质的极端不同。因此只有通过对固体微观结构和组成固体微观粒子之间的相互作用及运动机制的研究才能理解固体的性质。美国贝尔电话实验室两次Noble物理奖获得者巴丁(J.Bardeen)说：固体物理学依据物质的电子结构和原子结构来了解固体的各种性质。一、固体物理学主要研究内容一、固体物理学主要研究内容二、固体物理学发

4、展历程固体物理学发展简史固体物理学发展简史固体物理学发展简史今天可以毫不夸大地说：已经成为当代科学重要支柱、高科技源泉的固体物理学(严格地说是凝聚态物理)是二十一世纪物理学中发展最快、影响最大、领域最广的一门学科。固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、信息科学、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。二、固体物理学发展历程例：J·巴丁、W·H·布拉顿和W·B·肖克利1947年12月23日发现了半导

5、体晶体管的放大效应，由此带来的巨大影响是固体物理和高科技发展关系的最典型的说明。二、固体物理学发展历程摩尔定律：是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。二、固体物理学发展历程例：1988年发现巨磁电阻效应(GMR)--小硬盘大发现硬盘技术之父2007年摘得诺贝尔物理学奖法国科学家艾尔伯-费尔AlbertFert德国科学家皮特-克鲁伯格PeterGrü

6、nberg得益于“巨磁电阻”效应这一重大发现，最近20多年来，我们开始能够在笔记本电脑、音乐播放器、智能手机等所安装的越来越小的硬盘中存储海量信息。二、固体物理学发展历程巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。该层磁化方向固定二、固体物理学发展历程“看看你的计算机硬盘存储能力有多大，就知道他们的贡献有多大了。”或许我们这才明白，司空见惯的笔记本电脑、MP3、U盘等消费品，居然都闪烁着耀

7、眼的科学光芒。诺贝尔奖并不总是代表着深奥的理论和艰涩的知识，它往往就在我们身边，在我们不曾留意的日常生活中。二、固体物理学发展历程但是，即便是巨磁阻这项叱诧风云的技术，发展到现在也已经接近了极限，硬盘容量的提升必须寻求新的技术。目前行业公认的下一代技术是“垂直磁记录”技术，即“记录位”的S/N两极的连线垂直于盘片，而在此之前的技术都属于“水平磁记录”技术。二、固体物理学发展历程上世纪六七十年代后，固体物理的发展更为迅速，不但晶体材料的研究更加完美，而且逐渐走出大块晶体