固体物理学/21世纪高等院校教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱建国 等 著

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• 固体物理学
• 物理学
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• 材料科学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030159151

版次：1

商品编码：10985345

包装：平装

开本：16开

出版时间：2005-09-01

用纸：胶版纸

页数：279

字数：342000

正文语种：中文

内容简介

　　 《21世纪高等院校教材：固体物理学》系统地介绍了固体物理学的基本概念、基本理论和物理模型，讲述了固体中的原子结构、结合规律、运动状态和能量关系，以及固体中电子的运动方程、电子的能带结构、金属导体的导电机制、半导体的基本原理、超导性的基本规律等。全书共10章分两个部分。第一部分共6章，主要介绍固体物理的基础内容，如固体的结构、固体的结合、晶体的振动、金属电子论和能带理论等；第二部分共4章为专题概述，介绍固体物理学近几十年来的重要发展，如半导体电子论、固体的磁性、超导电性、非晶固体等。同时，《21世纪高等院校教材：固体物理学》还注意增加了若干反映学科发展的新内容，如准晶体、C60、高温超导体、巨磁阻效应、半导体超晶格等。

内页插图

目录

前言
第1章 晶体结构
1.1 晶体的宏观特性
1.2 空间点阵
1.3 晶格的周期性
1.4 密堆积与配位数
1.5 几种典型的晶体结构
1.6 晶向指数与晶面指数
1.7 晶体的宏观对称性
1.8 晶体的微观对称性
1.9 倒格子
1.10 晶体结构的实验确定
1.11 准晶习题

第2章 晶体的结合
2.1 晶体的结合能
2.2 离子键与离子晶体
2.3 共价键与共价晶体
2.4 金属键与金属晶体
2.5 范德瓦耳斯键与分子晶体
2.6 氢键与氢键晶体习题

第3章 晶格振动和晶体的热学性质
3.1 一维单原子链
3.2 一维双原子链
3.3 晶格振动的量子化和声子
3.4 晶格振动谱的实验测定方法
3.5 晶格比热3.6 非谐效应与热导率
3.7 非谐效应与晶体的热膨胀习题

第4章 晶体缺陷
4.1 点缺陷
4.2 晶体中的扩散过程
4.3 离子晶体中的点缺陷与导电性
4.4 线缺陷——位错
4.5 面缺陷和体缺陷习题

第5章 金属电子论
5.1 特鲁德经典电子气模型
5.2 索末菲自由电子气模型
5.3 自由电子气的比热
5.4 电导率和欧姆定律
5.5 金属的热导率
5.6 霍尔效应和磁致电阻
5.7 功函数和接触势差习题

第6章 能带理论
6.1 布洛赫定理
6.2 近自由电子近似
6.3 紧束缚近似
6.4 布洛赫电子的准经典运动
6.5 导体、半导体和绝缘体的能带论解释习题

第7章 半导体电子论
7.1 半导体的能带结构
7.2 半导体的杂质
7.3 半导体载流子统计分布
7.4 半导体的输运现象
7.5 pn结
7.6 半导体超晶格习题

第8章 固体的磁性
8.1 原子的磁矩
8.2 抗磁性与顺磁性
8.3 金属传导电子的磁化率
8.4 铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性
8.5 铁磁性的分子场理论
8.6 磁畴和技术磁化
8.7 铁磁性的量子理论简介
8.8 磁性材料的应用习题

第9章 超导电性9.1 超导电性的基本性质
9.2 超导电性的基本理论
9.3 第Ⅰ类超导体和第Ⅱ类超导体
9.4 超导隧道效应
9.5 低温超导体
9.6 高温超导体习题

第10章 非晶态固体
10.1 非晶态物质
10.2 非晶态结构
10.3 非晶固体的电子态
10.4 非晶材料的缺陷
10.5 非晶态固体的电学性质
10.6 非晶态固体的光学性质
10.7 非晶态材料的制备习题
参考文献
附录
主要汉英词汇索引

精彩书摘

如果晶体是由完全相同的一种原子所组成的，则格点代表原子或原子周围相应点的位置。若晶体由多种原子组成，通常把由这几种原子构成晶体的基本结构单元称为基元。格点代表基元的重心的位置。
2.晶体结构的周期性
由于晶体中所有的基元完全等同，所以，整个晶体的结构可以看作是由基元沿空间3个不同方向，各按一定周期平移而构成，即晶体结构一点阵十基元。
3.原胞与晶胞
晶格具有三维周期性，因此可取一个以结点为顶点、边长分别为3个不同方向上的平行六面体作为重复单元来反映晶格的周期性，这个体积最小的重复单元称为固体物理学原胞，简称为原胞.在同一晶格中原胞的选取不是唯一的，但它们的体积都是相等的，为了在反映周期性的同时，还要反映每种晶体的对称性，因而所选取的重复单元的体积不一定最小。结点不仅可以在顶角上，通常还可以在体心或面心上，这种重复单元称为布拉维原胞或结晶学原胞，简称为晶胞.晶胞的体积一般为原胞的体积的若干倍。
4.简单格子与复式格子
如果晶体由一种原子组成，且基元中仅包含一个原子，则形成的晶格为简单格子或称为布拉维格子。如果晶体虽由一种原子组成，但基元中包含两个原子，或晶体由多种原子组成，则每种原子都可构成一个布拉维格子.而整个晶体可以看作是相互之间有一定位移的布拉维格子套构而成的晶格，称为复式格子。
……

前言/序言

探索微观世界的奥秘：现代科学与工程的基石 这本教材深入浅出地剖析了物质在原子和分子尺度上的行为规律，为读者构建了一个理解固体材料性质的坚实理论框架。我们将一同踏上一段引人入胜的旅程，从最基本的晶体结构入手，逐步揭示电子在周期性势场中的运动，进而理解固体材料的宏观电学、磁学、光学和热学等关键物理特性。这本书不仅是物理学专业学生的必备参考，更是化学、材料科学、电子工程、纳米技术等众多交叉学科领域研究者和工程师们理解和创造新材料、新技术的强大思想源泉。 第一篇：晶体结构与晶格动力学——物质的骨架与律动 万物皆由原子构成，而固体材料的原子并非杂乱无章地堆积，而是遵循着特定的几何排列，形成规整的三维周期性结构，即晶体。本书将从晶体学的基本概念出发，系统介绍晶格、基元、晶胞、倒易点阵等核心概念。我们将学习如何使用布拉维晶格来描述不同的晶体结构，并探讨一些常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密排（HCP）等，理解它们在实际材料中的分布。 然而，原子并非静止不动。在晶格中，原子会围绕其平衡位置发生微小的振动，这种振动构成了晶格振动，也称为声子。晶格振动是固体材料热学性质的根源，也是理解热传导、比热容等现象的关键。我们将学习如何描述这些集体振动模式，包括声学支和光学支，以及它们如何影响材料的能量存储和传递。在这一篇中，我们会深入研究布里渊区、晶格振动的色散关系，以及它们与实验测量（如X射线衍射）的联系。理解晶格动力学，就像理解一个精密机械的运转规律，能帮助我们预测和控制材料的宏观响应。 第二篇：能带论——电子在周期性势场中的舞蹈 一旦我们理解了晶格的结构和原子的运动，下一步便是探究电子在固体中的行为。固体中的电子，由于受到周期性晶格势场的影响，其能量分布不再是孤立原子的离散能级，而是形成连续的能带。能带论是固体物理学中最核心、最革命性的概念之一。我们将详细介绍布洛赫定理，它揭示了电子波函数在周期性势场中的性质，并推导出能带的形成机制。 通过能带结构，我们可以清晰地区分出导体、绝缘体和半导体。导体的导带和价带重叠，电子可以自由移动；绝缘体的价带被全满的能隙与空导带隔开，电子难以跃迁；而半导体则拥有一个相对较窄的禁带，通过外加能量（如热、光或掺杂）可以激发电子跃迁，从而导电。我们将学习如何计算能带色散关系，并理解费米能、电子和空穴的概念，它们是理解半导体器件工作原理的基础。能带理论为我们打开了一扇通往电子器件设计和材料功能优化的智慧之门，从微处理器到LED，再到太阳能电池，无不体现着能带论的深远影响。 第三篇：固体中的电子输运——电流的流动与磁场的互动 在理解了电子的能带结构后，我们便能更深入地探讨电子在固体中的输运现象。当施加电场时，电子会在能带中发生漂移，形成电流。然而，电子的运动并非畅通无阻，它们会与晶格振动（声子）、杂质、晶界等发生散射，产生电阻。我们将学习经典的欧姆定律的微观起源，并引入更精细的描述，如玻尔兹曼方程。 此外，我们还会探讨一些更复杂的输运现象，例如霍尔效应，它揭示了在外加磁场作用下，载流子在电场方向垂直方向上产生的横向电势差，这不仅能帮助我们确定载流子的类型和浓度，也是许多磁性传感器件的工作原理。我们将研究磁电阻效应，即材料在磁场中的电阻变化，以及其在数据存储和传感器领域的应用。理解电子输运，就是理解信息在固体材料中传递的机制，是构建高性能电子设备的关键。 第四篇：固体中的磁性——从磁畴到量子磁矩 磁性是固体材料的另一大重要物理特性，它在信息存储、电机、能源等领域扮演着至关重要的角色。我们将从基本的磁性原子概念出发，介绍顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等不同的磁性行为。 我们将深入剖析铁磁性材料的微观机制，解释其源于电子自旋的集体有序排列，以及交换相互作用在其中起到的关键作用。我们还会研究磁畴和畴壁的概念，理解宏观磁性的产生与畴结构的演变之间的关系。此外，我们还会探讨磁畴壁的移动如何影响材料的磁化过程，以及退磁场的作用。对于反铁磁性材料，我们将了解其磁矩的有序排列方式，以及其在一些特殊应用中的潜力。这本书将帮助你理解为什么有些材料天生就带有磁性，以及如何利用和控制这些磁性。 第五篇：固体中的光学性质——光与物质的相互作用 当光照射到固体材料上时，会发生吸收、透射、反射、散射等一系列复杂的现象。这些光学性质与材料的电子结构和能带结构密切相关。我们将学习如何从能带结构来解释材料的光学吸收和发射过程，特别是自由载流子的吸收、本征吸收、杂质吸收以及激子效应。 本书将详细阐述不同类型半导体的光学特性，如直接带隙和间接带隙半导体在发光二极管（LED）和激光器中的应用。我们还将探讨金属的光学性质，解释其高反射率和导电性的内在联系，以及等离子体共振等现象。此外，我们还会触及一些更高级的光学现象，如非线性光学效应，它在光通信、光学信息处理等前沿领域具有巨大的应用潜力。理解固体材料的光学性质，就是理解光与物质如何“交流”，为开发新型光学器件和功能材料提供了理论基础。 第六篇：固体中的热学性质——能量的传递与存储 固体材料的热学性质，如比热容、热导率和热膨胀，对于工程应用至关重要。我们将从晶格振动出发，深入研究比热容的微观来源。我们将区分电子贡献和晶格振动贡献的比热容，并学习如何通过德拜模型和爱因斯坦模型来描述低温和高温下的比热容行为。 热导率是衡量材料传热能力的重要指标。我们将探讨热量在固体中是如何通过晶格振动（声子）和自由电子来传递的。我们将理解晶格散射和电子散射对声子和电子输运的影响，并学习如何预测和改善材料的热导率。这对于设计高效的散热材料，如电子设备中的散热片，以及开发热电转换材料至关重要。此外，我们还将讨论热膨胀的微观机制，理解温度变化如何引起材料的尺寸变化，以及这在工程设计中的重要性。 超越篇：从基本理论到前沿应用 本书的最后部分将引导读者将所学的基本理论应用于理解和分析一些现代科学和技术中的重要问题。我们将探讨半导体器件的基本工作原理，如PN结的形成、二极管和晶体管的运作机制。我们将触及超导现象的奇妙世界，了解其产生条件以及在高科技领域的潜在应用。我们还将介绍一些新兴的材料领域，如纳米材料和二维材料，并分析它们独特的物理性质如何源于其特殊的结构和量子效应。 这本书旨在培养读者独立思考、分析和解决问题的能力，鼓励大家将理论知识与实验观察相结合，最终能够深入理解固体世界，并将其应用到科技创新的实践中。无论你是想深入研究量子力学在材料中的应用，还是希望设计出具有特定功能的电子器件，亦或是开发出性能优越的新型功能材料，本书都将为你提供坚实的基础和广阔的视野。

评分☆☆☆☆☆

这本《固体物理学/21世纪高等院校教材》虽然我还没有机会深入研读，但仅从其作为“21世纪高等院校教材”的定位来看，就足以勾起我极大的学习兴趣。我目前的研究方向主要集中在新能源材料的开发，特别是用于太阳能电池的高效光吸收材料。固体物理学作为理解这些材料宏观性质的微观基础，其重要性不言而喻。我一直在寻找一本能够系统性梳理固体晶格振动、电子能带结构、以及缺陷对材料性能影响的教材。我希望这本书能够提供清晰的理论框架，并且能够引导我如何将这些理论知识应用于实际的材料设计与优化。例如，了解不同晶体结构的声子谱如何影响材料的热导率，或者能带隙的形状如何决定了其光吸收范围，这些都是我迫切希望从教材中获得的深入理解。此外，我也非常关注书中是否对现代实验技术，如X射线衍射、透射电子显微镜等在固体现状表征中的应用有所提及，因为这些技术是我日常工作中不可或缺的工具，理解其背后的固体物理原理能够帮助我更准确地解读实验数据。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对理论物理充满热情的学生，我一直对量子力学和统计力学的应用领域感到着迷。我坚信，理解物质世界的底层逻辑，离不开对微观粒子行为的深入剖析。《固体物理学/21世纪高等院校教材》这个标题本身就传递了一种前沿性和系统性的信息，让我对接下来的学习充满了期待。我个人特别感兴趣的章节会是关于电子在周期性势场中的行为，即能带理论的构建。我希望这本书能以一种清晰、循序渐进的方式，从最基本的薛定谔方程出发，逐步推导出布洛赫定理，并最终形成完整的能带图。理解能带图的含义，例如绝缘体、半导体和导体的区别，以及费米能级的概念，对我未来深入学习凝聚态物理的各个分支至关重要。此外，我还希望书中能够包含一些关于固体中量子现象的讨论，比如电子的散射、激子、以及超导等，这些都是量子力学在宏观尺度上展现出奇妙效应的绝佳例证，也是我一直以来都想深入了解的课题。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在半导体器件领域工作的工程师，每天都要面对各种各样的材料和工艺问题。虽然我日常的工作更多地依赖于经验和具体的技术参数，但我内心深处一直渴望能够更加深刻地理解这些器件背后的物理原理。《固体物理学/21世纪高等院校教材》这个名称听起来就像是为我们这类需要将理论与实践相结合的工程师量身打造的。我尤其希望书中能够详细讲解半导体材料的能带结构，包括本征半导体和掺杂半导体的区别，以及载流子的产生、复合和输运机制。了解这些基础知识，对于我优化器件的电学性能、提高器件的可靠性至关重要。例如，理解不同掺杂浓度如何影响载流子密度和迁移率，以及PN结的形成机理，这些都是我工作中经常需要考虑的问题。我希望这本书能够提供扎实的理论基础，同时也能通过一些经典的器件模型，将理论知识与实际应用联系起来，让我能够从更宏观、更本质的层面去理解我所从事的半导体技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名即将进入大学学习物理学的学生，对于未来的专业学习充满了憧憬和一点小小的紧张。我被《固体物理学/21世纪高等院校教材》这个书名所吸引，因为它听起来既有深度又不失新意，希望能为我未来的学习打下坚实的基础。我目前对物理学的基本概念，如原子、分子、以及它们之间的相互作用都有一些初步的了解，但我知道固体物理学将带领我进入一个更广阔、更复杂的世界。我希望这本书能够从最基础的原子排列和化学键合讲起，逐步引导我理解晶体的形成，然后深入到电子和晶格振动的世界。我特别好奇，为什么不同的物质会表现出截然不同的物理性质，比如有些会导电，有些会导热，有些会发光。我希望这本书能够解答这些疑问，并帮助我理解什么是能带、什么是费米能级，以及这些概念是如何解释固体宏观性质的。我也希望书中能够包含一些直观的例子和图示，帮助我更好地理解抽象的理论。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对物理学发展史和前沿领域都抱有好奇心的学习者，我一直对固体物理学这个领域有着浓厚的兴趣。《固体物理学/21世纪高等院校教材》这个名字很吸引我，因为它暗示了这是一本具有时代精神、并且能够引领教学方向的书籍。我一直对布里渊区、晶格振动（声子）以及它们对固体热学性质的影响很感兴趣。我希望这本书能够清晰地解释晶体结构的周期性如何导致能带的形成，以及声子是如何在晶格中传播和相互作用的。理解这些概念，不仅有助于我认识固体材料的宏观热学和力学性质，还能为我理解更复杂的量子效应打下基础。我特别期待书中能够包含一些关于固体中相变和磁性的讨论，例如铁磁性、反铁磁性是如何产生的，以及不同相变过程中固体结构和电子性质的变化。这些都是固体物理学中非常迷人的课题，也是我想要深入探索的方向。

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固体物理学

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好评！

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固体物理学

评分☆☆☆☆☆

固体中电子的运动状态服从量子力学和量子电动力学的规律。在晶体中，原子的外层电子可能具有的能量形成一段一段的能带。电子不可能具有能带以外的能量值。按电子在能带中不同的填充方式，可以把晶体区别为金属、绝缘体和半导体。能带理论结合半导体锗和硅的基础研究，高质量的半导体单晶生长和掺杂技术，为晶体管的产生准备了理论基础。

评分☆☆☆☆☆

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固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。简单说，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？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。