固体物理概论

本书是在为材料科学与工程大类专业讲授“固体物理概论”课程讲义基础上修改、编写而成的。首先从倒易空间及倒易点阵入手，结合晶体衍射帮助读者建立起波矢空间的概念；在此基础上系统地介绍了晶格振动的色散关系、声子的概念以及如何利用爱因斯坦和德拜理论模型讨论晶体的热学性质；紧密结合电子论的发展历程，从易于理解的经典自由电子模型到量子自由电子模型，再到周期势场作用下的固体能带理论及电导理论，对固体的导电性进行由浅入深的分析，最后依据这些理论对金属、半导体和绝缘体等固体的导电性形成统一的理论解释。

目录
前言
第1章 倒易空间与晶体衍射 1
1.1 倒易点阵 1
1.1.1 倒易点阵与傅里叶变换 1
1.1.2 正、倒格子之间的关系 3
1.2 晶面间距、晶面夹角和晶带定理 5
1.2.1 晶面间距 5
1.2.2 晶面夹角 10
1.2.3 晶带定理 10
1.3 布里渊区 11
1.3.1 布里渊区的概念 11
1.3.2 几种常见晶格的布里渊区 12
1.4 晶体衍射 14
1.4.1 衍射理论 14
1.4.2 劳厄衍射方程与布拉格反射方程 17
1.4.3 埃瓦尔德反射球 20
习题 22
第2章 晶格振动与晶体的热学性质 23
2.1 晶格振动的基础理论 23
2.1.1 一维简单晶格振动的情形 23
2.1.2 一维复式晶格振动的情形 28
2.1.3 声学波和光学波 30
2.1.4 三维晶格的振动 31
2.2 晶格振动的能量量子—声子 35
2.2.1 声子 35
2.2.2 长波声子 37
2.3 确定晶格振动谱的实验方法 39
2.3.1 光子非弹性散射 40
2.3.2 中子非弹性散射 42
2.4 晶格振动谱及晶格振动模式密度 44
2.4.1 晶格振动谱的对称性 44
2.4.2 典型晶体晶格振动谱的特征 44
2.4.3 晶格振动的模式密度 46
2.5 固体热容 49
2.5.1 固体热容的基本物理意义 49
2.5.2 固体的热容理论 50
2.6 晶格的状态方程与晶体的热膨胀 59
2.6.1 晶格的自由能 59
2.6.2 晶格的状态方程 60
2.6.3 用格林艾森近似晶体状态方程讨论晶体的热膨胀 61
2.6.4 用势能曲线讨论晶体的热膨胀 63
2.7 晶体的热传导 64
2.7.1 晶体的热传导概述 64
2.7.2 声子与声子碰撞的N过程、U过程 65
习题 68
第3章 金属自由电子论基础 70
3.1 德鲁德-洛伦兹的经典自由电子理论 70
3.1.1 德鲁德-洛伦兹电子 70
3.1.2 经典自由电子理论的成功与失败 71
3.2 量子力学的基本理论 75
3.2.1 微观粒子的状态和波函数 76
3.2.2 薛定谔方程 79
3.3 索末菲的量子自由电子理论 82
3.3.1 索末菲自由电子气的能量状态 83
3.3.2 自由电子的能级密度 89
3.4 费米统计与电子气的费米能量 91
3.4.1 费米分布函数 91
3.4.2 电子气的费米能量 93
3.5 自由电子气的热容量和金属电导率 100
3.5.1 自由电子气的热容量 100
3.5.2 金属电导率 103
3.6 功函数与接触电势 105
3.6.1 功函数 105
3.6.2 接触电势 108
习题 109
第4章 固体能带理论 111
4.1 布洛赫定理 112
4.1.1 布洛赫波函数 113
4.1.2 量子力学中的算符 113
4.1.3 力学量的平均值及测量值 117
4.1.4 布洛赫定理推导 118
4.1.5 波矢k的取值与物理意义 120
4.2 一维克勒尼希-彭尼模型* 121
4.2.1 克勒尼希-彭尼模型的严格解 122
4.2.2 能带和能隙 127
4.3 求解薛定谔方程的近似方法 128
4.3.1 定态微扰理论的基本思想 128
4.3.2 变分法求近似的基本思想 132
4.4 周期性势场中的近自由电子近似 135
4.4.1 一维周期性势场中电子运动的近自由电子近似 135
4.4.2 三维周期性势场中电子运动的近自由电子近似 143
4.4.3 布里渊区和能带 147
4.5 紧束缚近似 148
4.5.1 紧束缚近似模型与微扰计算 148
4.5.2 紧束缚近似计算的简单例子 151
4.5.3 紧束缚近似计算的其他例子 155
4.6 能级密度与费米面 160
4.6.1 能级密度 160
4.6.2 费米面 164
习题 169
第5章 固体电导理论基础 171
5.1 晶体中电子的准经典运动 171
5.1.1 布洛赫电子运动的速度 171
5.1.2 晶体电子的加速度及有效质量 175
5.2 电场作用下电子的运动 180
5.2.1 恒定电场作用下电子的运动 180
5.2.2 导体、绝缘体与半导体 183
习题 189
主要参考书目 191
固体物理学题解书目 192
推荐进一步阅读的书目 193
基本物理常数 194