固体物理导论

《固体物理导论》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。本书主要围绕固体的微观结构，微观粒子的存在状态、相互作用及运动变化规律，固体的宏观物理性质及用途展开，蕴含了近似、假设、抽象、简化等研究方法，渗透了晶体结构决定性质、性质体现结构的辩证观点。教材绪论部分介绍了固体物理学的研究对象、发展历史及其涵盖的内容，并补充了量子力学的基本知识作为铺垫。其后包含6章内容，前3章均围绕固体内部原子的相互作用和运动变化规律展开，如晶体的结构及表征、晶体的结合类型及键合性质、晶格振动理论及热学性质。第4章和第5章围绕电子的相互作用和运动变化规律展开，包括金属自由电子气体模型及考虑晶体周期性势场时电子的能带理论。第6章介绍理想晶体中的缺陷结构及理论。本书内容体系完整，便于学生建立起晶体内原子、电子、声子等微观粒子存在状态、运动变化的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系。 本书适用于材料类各专业和物理学、应用物理学、工程物理、光学等专业的本科生和研究生，对需要固体物理背景知识的其他专业亦可作为教材使用。

马飞，西安交通大学材料学院教授，博士生导师，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，陕西省科技创新团队负责人，陕西省杰出青年基金获得者。现任西安交通大学材料学院副院长，兼任陕西省纳米学会理事长等职务。长期工作在教学科研第*一线，已培养研究生50余名，获西安交通大学教师授课竞赛一等奖1项，获西安交通大学“研究生教育优秀导师”、“优秀共产党员”等称号。指导本科生获第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖1项，获第三十一届“腾飞杯”创新创业大赛一等奖1项；指导学生获校级硕士研究生优秀学位论文1篇和校级优秀本科毕业设计2人次。主持国家自然科学基金等重要项目20余项，发表论文250余篇，授权发明专利15件。获省部级科学技术奖4项，获第十二届陕西省青年科技奖。

绪论
0.1固体物理学的研究对象 001
0.2固体物理学的发展历史 002
0.2.1晶体学的研究 002
0.2.2固体比热理论的建立 003
0.2.3晶体结构的实验发展 003
0.2.4自由电子理论的建立 003
0.2.5固体能带理论的建立 003
0.2.6固体磁学的发展 004
0.3固体物理学的研究内容 004
0.3.1固体中原子的排列——结构问题 004
0.3.2固体结构的形成——结合力问题 005
0.3.3固体中原子的相互作用和运动规律——晶格动力学 005
0.3.4固体中自由电子的运动规律——金属自由电子理论 006
0.3.5固体中电子的相互作用和运动规律——能带理论 006
0.3.6固体中缺陷的形成与性质——缺陷问题 006
0.3.7具体实例——固体理论和实验知识的应用 007
0.4预备知识——量子力学基础 007
0.4.1经典物理学的困难以及光的波粒二象性 007
0.4.2微粒的波粒二象性 009
0.4.3波函数及薛定谔方程 009

第1章晶体结构及X射线衍射
1.1晶体的特征以及空间点阵 012
1.1.1晶体及其特征 012
1.1.2空间点阵 013
1.2晶体的周期性 014
1.2.1一维布拉菲晶格 014
1.2.2一维复式晶格 014
1.2.3三维布拉菲晶格 015
1.3晶体晶列与晶面的表示方法 019
1.3.1晶列与晶面 019
1.3.2晶向指数和晶面指数 019
1.4倒易空间和倒格子 022
1.4.1倒格子与晶格的关系 023
1.4.2倒格矢 025
1.4.3倒格子的性质 026
1.5晶体的对称性 028
1.5.1线性变换 028
1.5.2基本的对称操作 029
1.6晶系和布拉菲原胞的分类 032
1.7晶体的衍射 033
1.7.1概述 033
1.7.2X射线衍射 034
1.7.3电子衍射和中子衍射 034
1.8X射线衍射方程、反射公式和反射球 035
1.8.1X射线衍射方程 035
1.8.2反射公式 036
1.8.3反射球 037
1.8.4晶体衍射方法 037
1.9几何结构因子 039
1.9.1复式晶格的衍射 039
1.9.2几何结构因子 040
习题 042
【拓展阅读】 043
奥古斯特·布拉菲（Auguste Bravais,1811—1863） 043
威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Rntgen,1845—1923） 044
威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg,1862—1942） 044
威廉·劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg,1890—1971） 044

第2章晶体的结构
2.1原子的电负性 046
2.1.1原子的电子分布 046
2.1.2原子的电离能 047
2.1.3电子亲和能 047
2.1.4原子的电负性 047
2.2晶体的结合类型 048
2.2.1离子晶体 049
2.2.2原子晶体（共价晶体） 049
2.2.3金属晶体 050
2.2.4分子晶体 051
2.2.5氢键晶体 051
2.3结合力的一般性质 052
2.3.1晶体内粒子之间的相互作用 052
2.3.2晶体的势能 053
2.3.3晶体结构及性能与结合能的关系 054
2.4非极性分子晶体的结合能 055
2.4.1非极性分子晶体的原子间作用势 055
2.4.2非极性分子晶体的势能及有关参量 057
2.5离子晶体的结合 059
2.5.1离子晶体的结合能及性质 059
2.5.2马德隆常数的计算 061
2.5.3离子半径 061
2.6原子晶体的结合 063
2.6.1共价键的形成机理 063
2.6.2共价键的特征 063
习题 064
【拓展阅读】 065
莱纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling,1901—1994） 065
沃尔夫冈·泡利(Wolfgang E.Pauli,1900—1958) 065

第3章晶格振动和晶体的热学性质
3.1一维原子链的振动 067
3.1.1一维简单晶格的情形 067
3.1.2一维复式晶格的情形 069
3.1.3声学波和光学波的色散关系 070
3.1.4周期性边界条件（玻恩-卡门边界条件） 073
3.2晶格振动的能量量子化——声子 074
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