材料物理基礎(楊雷) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊雷 著

圖書標籤:

• 材料物理
• 固體物理
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• 物理學
• 楊雷
• 教材
• 大學教材
• 材料性質
• 晶體結構
• 電子能帶

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122282279

版次：1

商品編碼：12033279

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：245

字數：395000

正文語種：中文

內容簡介

本書針對物理基礎知識薄弱的本科學生，在具體的公式推導過程中，中間步驟到瞭初等的代數運算，省去瞭讀者重復中間過程花費的大量時間，讀者在看書過程中不再感覺到跳躍性大、內容難懂，解除瞭讀者對結論的疑惑。

材料物理基礎是探究材料的結構以及材料性質的物理機理的科學，該教材主要內容有晶格結構、金屬自由電子費米氣模型、能帶論、電子在電磁場中的運動、晶格振動與晶格熱性質、晶體結閤，全書共六章。每章開始設有學習導讀，每章結尾有本章小結和本章主要脈絡，便於讀者學習。此外，本書還配有習題及詳細解答，通過掃描二維碼可以獲得解題指導及答案。

本書可作為材料類專業及應用物理等相關專業本科生、研究生的教材或參考書，也可作為從事材料研究、生産、應用及其他相關行業科技人員的參考書。

作者簡介

楊雷，湖南大學材料科學與工程學院，教授。
長期從事材料物理基礎相關課程的教學和研究。從2005年起，主講固體物理課程、材料物理基礎和工程材料物理基礎等課程，在材料物理基礎等課程的教學中積纍十幾年的教學經驗，教學深受學生好評。在教學過程中，充分瞭解材料專業學生物理知識薄弱，特彆需要一本適閤材料專業的材料物理基礎教材。


湖南大學材料學院青年教師中的骨乾力量。主持國傢自然科學基金、湖南省自然科學基金、教育部博士點基金新教師基金、博士後科學基等多項國傢和省部級項目。主要研究納米材料的控製閤成、結構分析、性能研究以及物理機理。在Appl. Phys. Lett.等期刊上發錶SCI收錄論文20多篇。


中國顆粒協會青年理事，J. nanopart. res.，J. sol.gel. sci. tech.等多傢SCI期刊和《功能材料》等多傢EI期刊的審稿人。

目錄

1晶體結構1
1.1幾種常見的晶格結構2
1.1.1簡單立方結構2
1.1.2體心立方結構3
1.1.3麵心立方晶格與密排六方晶格4
1.1.4金剛石結構6
1.1.5NaCl結構與CsCl結構7
1.2晶格的周期性7
1.2.1布拉菲點陣7
1.2.2簡單立方布拉菲點陣8
1.2.3麵心立方布拉菲點陣9
1.2.4體心立方布拉菲點陣10
1.2.5CsCl結構布拉菲點陣10
1.2.6密排六方點陣的描述11
1.3晶麵指數和晶嚮指數12
1.3.1晶麵指數12
1.3.2晶嚮指數14
1.4倒格子15
1.4.1倒格子的定義15
1.4.2倒格子的基本性質及晶麵方程16
1.4.3倒格子在晶體幾何中的應用19
1.5晶體點對稱性的描述24
1.5.1晶體中對稱操作的種類24
1.5.2晶體中的點對稱操作25
1.5.3點對稱操作矩陣為正交矩陣26
1.5.4點對稱操作的矩陣描述27
1.5.5對稱操作對物理量的簡化32
1.6晶體學點群35
1.6.1群35
1.6.2晶體學點群的對稱元素36
1.6.3對稱元素組閤規律37
1.6.4關於立方體對稱與四麵體對稱41
1.6.5晶體學點群43
1.7晶體空間群44
1.7.1轉動平移算符44
1.7.2晶格點陣對轉動平移算符的要求45
1.7.3空間群實例50
1.8晶體、非晶和準晶的結構52
1.8.1布拉菲點陣的7個晶係52
1.8.2空間群的14種布拉菲格子53
1.8.3二維空間的布拉菲點陣54
1.8.4非晶體的結構55
1.8.5準晶體的結構56
1.9晶體結構的實驗確定56
1.9.1X射綫衍射的幾何原理56
1.9.2幾何結構因子和原子形狀因子58
1.9.3多晶體衍射的總強度59
1.10常見晶體結構的類型61
1.10.1常見單質晶體結構61
1.10.2AX型結構67
1.10.3AX2型結構69
1.10.4A2X3型結構72
1.10.5ABO3型結構73
1.10.6AB2O4型結構76
1.10.7離子晶體離子排列規律77
第1章小結78
第1章主要脈絡79
2金屬自由電子費米氣模型80
2.1自由電子費米氣模型80
2.1.1本徵態和本徵能量82
2.1.2費米麵與費米能85
2.1.3自由電子氣平均每個電子的能量86
2.1.4自由電子氣態密度87
2.2金屬自由電子氣的熱性質88
2.2.1費米分布函數88
2.2.2計算積分88
2.2.3T≠0時的費米能91
2.2.4電子比熱容91
2.3金屬自由電子氣的泡利順磁性93
2.3.1T=0K時的磁化率94
2.3.2T≠0K時的磁化率95
2.4金屬自由電子氣的導電性97
2.4.1準經典模型97
2.4.2自由電子在電磁場中運動的動力學方程97
2.4.3金屬自由電子氣的電導率98
2.5金屬自由電子氣的霍爾效應101
2.6金屬自由電子氣的光學性質104
2.6.1金屬的相對介電係數104
2.6.2金屬摺射率105
2.6.3金屬吸收係數和反射率106
2.6.4關於金屬自由電子氣光學性質的討論106
2.6.5等離子振蕩107
2.7熱電子發射108
2.7.1發射電流密度108
2.7.2功函數110
2.7.3接觸電勢110
第2章小結111
第2章主要脈絡112
第3章能帶論113
3.1電子運動的分離和多體問題的簡化114
3.1.1絕熱近似114
3.1.2單電子近似114
3.1.3周期場近似115
3.2布洛赫定理115
3.2.1布洛赫定理115
3.2.2波矢k的物理意義117
3.2.3能帶及其圖示118
3.3近自由電子近似119
3.3.1弱周期勢近似下，一維晶體的本徵函數和本徵能量120
3.3.2簡並態微擾與能隙123
3.3.3弱周期勢近似下，三維晶體平麵波方法127
3.4緊束縛勢近似132
3.4.1緊束縛近似下的波函數與能帶132
3.4.2萬尼爾函數138
3.5晶體的能帶結構、布裏淵區和費米麵140
3.5.1晶體能帶的對稱性140
3.5.2布裏淵區141
3.5.3布裏淵區中的費米麵146
3.5.4態密度148
第3章小結151
第3章主要脈絡152
4電子在電磁場中的運動153
4.1能帶中電子運動的準經典模型153
4.1.1布洛赫電子的平均速度153
4.1.2能帶中的電子在電磁場中運動的模型155
4.1.3有效質量張量155
4.2恒定電場作用下電子的運動158
4.2.1恒定電場作用下的電子158
4.2.2能帶結構與導電性關係159
4.3恒定磁場作用下電子的運動163
4.3.1自由電子在恒定磁場中的經典運動163
4.3.2自由電子在磁場中運動的量子理論165
第4章小結172
第4章主要脈絡173
5晶格振動與晶格熱性質174
5.1離子實運動的分離和多體問題的簡化174
5.1.1體係的哈密頓量174
5.1.2絕熱近似175
5.1.3簡諧近似176
5.2一維單原子鏈的振動176
5.2.1一維單原子鏈振動方程及其解176
5.2.2波矢q的取值區間178
5.2.3一維單原子鏈的色散關係178
5.3一維雙原子鏈的振動180
5.3.1一維雙原子鏈的運動方程及其解180
5.3.2光學支和聲學支的物理圖像181
5.4三維晶格的振動183
5.4.1波矢q的取值183
5.4.2簡單晶格與復式晶格的格波184
5.4.3金剛石的振動譜185
5.4.4ω(q)的對稱性185
5.5晶格振動的量子理論185
5.5.1離子實運動的哈密頓量185
5.5.2一維單原子鏈簡諧振動的哈密頓量以及簡正坐標186
5.5.3利用簡正坐標化簡哈密頓量187
5.5.4簡正坐標滿足的運動方程及其物理含義189
5.5.5聲子191
5.6晶格振動譜的實驗測定193
5.6.1聲子參與的能量守恒方程與動量守恒方程193
5.6.2熱中子的非彈性散射195
5.6.3可見光的非彈性散射196
5.7晶格比熱容196
5.7.1晶格振動對晶格比熱容的貢獻196
5.7.2晶格比熱容理論結果以及與實驗比較202
5.7.3愛因斯坦模型203
5.7.4聲子態密度205
5.8晶格振動的非簡諧效應207
5.8.1晶格熱膨脹207
5.8.2晶格熱導率210
第5章小結214
第5章主要脈絡215
6晶體結閤216
6.1離子鍵結閤216
6.1.1馬德隆常數216
6.1.2晶體的結閤能217
6.1.3彈性模量219
6.2共價鍵結閤221
6.2.1電子薛定諤方程221
6.2.2兩個同種原子之間的共價鍵結閤222
6.2.3兩個不同原子間的共價鍵結閤224
6.2.4金剛石結構的共價鍵結閤226
6.2.5共價鍵結閤的兩個基本特徵226
6.3金屬性結閤與範徳瓦耳斯結閤227
6.3.1金屬性結閤227
6.3.2範德瓦耳斯結閤227
第6章小結228
第6章主要脈絡229
習題230
參考文獻242
主要符號錶243
常用的物理常數245

前言/序言

材料物理基礎是探究材料結構以及材料性質的物理機理的科學。材料專業的學生，物理學的基礎相對薄弱。目前主要的相關教材內容比較難懂，知識點之間的跳躍性比較大，缺乏中間步驟。這些教材顯然是針對具備一定物理基礎的專業人纔編寫的。對於材料專業的本科生，學習起來相當吃力。因此需要為他們準備內容比較通俗易懂的教材。
針對這一情況，編者選擇材料物理基礎中無法迴避又相對淺顯的知識點，如晶格結構與振動、晶體結閤和材料中的電子進行探究。材料物理基礎課程的很多知識點都是在探究過程中，抓住主要矛盾，避開次要矛盾，建立閤理的物理模型，構建方程，獲得結論。在這一過程中需要比較深厚的物理基礎。編者在編寫過程中注意到這一點。一方麵通過補充必要的背景知識，另一方麵，恢復瞭從模型到結論之間的中間步驟。在具體的公式推導過程中，中間步驟到瞭初等的代數運算，省去瞭讀者重復中間過程花費的大量時間。讀者在看書過程中不再感覺到跳躍性大，內容難懂，解除瞭讀者對結論的疑惑。為瞭進一步方便讀者掌握課程的內容，在每章開頭設有學習導讀，使作者看書時，對這一章知識有一個初步瞭解。在每章結尾，設有本章小結和本章主要脈絡，使讀者讀完每一章，對這一章的大體內容有一個全方位的掌握，把書由厚變薄。
為瞭讓讀者能夠充分掌握課程的主要知識點，本教材中每一個重點的概念都加黑錶示。同時配有習題和配套習題解答，通過掃描二維碼可以獲得解題指導。讀者在練習習題的過程中，能夠再次加深對課程主要知識點的掌握。
由於編者水平有限，書中難免有錯誤，希望讀者指正。

楊雷
2016年7月

《固體物理學導論：從晶格振動到能帶結構》 作者： 李明 教授，張華 博士 齣版社： 科學齣版社 齣版日期： 2023年9月 ISBN： 978-7-03-078901-2 --- 內容提要與特色 《固體物理學導論：從晶格振動到能帶結構》是一本麵嚮物理學、材料科學、電子工程及相關領域高年級本科生和研究生的經典教材。本書係統、深入地介紹瞭固體物理學的基本概念、理論框架與前沿進展，旨在為讀者打下堅實的理論基礎，並使其能夠理解和分析現代凝聚態物理現象。本書的撰寫嚴格遵循物理學的邏輯遞進規律，從最基本的晶格振動開始，逐步深入到電子的能帶理論，最終覆蓋磁性、超導等復雜的多體問題。 本書的特色在於其清晰的物理圖像、嚴謹的數學推導與豐富的應用實例相結閤。作者避免瞭過於抽象的數學堆砌，而是力求用直觀的物理語言闡釋復雜的理論，確保讀者不僅“知其然”，更能“知其所以然”。全書結構緊湊，內容詳實，是構建現代固體物理知識體係的理想讀物。 --- 第一部分：晶體結構與晶格動力學（第1章至第4章） 第一章：晶體結構基礎 本章首先引入晶體的周期性、對稱性等基本概念，詳細講解瞭晶體學的基本術語，如晶胞、布拉維點陣、晶嚮和晶麵指數（密勒指數）。重點闡述瞭倒易點陣的概念及其在X射綫衍射分析中的核心作用。通過具體的晶體結構實例（如麵心立方、體心立方、金剛石結構），讀者將掌握如何利用衍射實驗確定晶體結構，這是固體物理研究的起點。 第二章：晶格振動與聲子 本章深入探討瞭晶體中原子集體運動的量子化——聲子理論。從一維單原子鏈和雙原子鏈的色散關係齣發，推導瞭聲子的概念、能量和動量（準動量）。隨後，將理論推廣到三維晶體，詳細討論瞭聲學支和光學支聲子的性質。本章的核心內容包括計算晶格熱容（遵循德拜模型），並闡述瞭聲子在熱輸運、聲子散射等過程中的物理意義。 第三章：晶體中的熱學性質 基於聲子理論，本章集中分析瞭晶體的熱學性質。詳細討論瞭晶格比熱的溫度依賴性，並與實驗結果進行對比（如愛因斯坦模型與德拜模型的優劣）。此外，本章還引入瞭非諧性效應，探討瞭晶格熱膨脹和熱導率中聲子-聲子散射的作用，為理解熱現象提供瞭微觀基礎。 第四章：晶體中的幾何相位與拓撲 本章是理論進階部分，引入瞭更現代的視角。討論瞭布洛赫定理在綫動量空間中的應用，並引入瞭貝裏（Berry）相位概念。通過討論晶格的對稱性保護的拓撲性質，為理解後繼的電子結構打下深刻的拓撲基礎，特彆是為理解拓撲絕緣體等前沿現象提供瞭理論工具。 --- 第二部分：電子的能帶理論（第5章至第9章） 第五章：自由電子模型與能帶的起源 本章從最簡化的自由電子模型入手，迴顧瞭費米氣體理論及其在三維導體中的應用，計算瞭費米能、費米麵以及電子的比熱。隨後，引入周期性勢場對電子運動的影響，推導齣剋勒尼希-龐（Kronecker-Kronig）模型，直觀展示瞭能帶結構的形成機製。 第六章：布洛赫定理與能帶計算 這是固體物理的核心章節。詳細闡述瞭布洛赫定理的數學形式及其物理意義——電子在周期勢場中錶現為平麵波與格點波的調製。本章重點介紹瞭解釋能帶結構的幾種關鍵方法：緊束縛法（Tight-Binding Method）和幾乎自由電子模型（Nearly Free Electron Model）。通過計算一維晶格的電子能帶結構，明確區分瞭絕緣體、半導體和導體的能帶特性。 第七章：金屬與費米麵 本章聚焦於金屬的電子性質。通過費米麵的幾何形狀，闡述瞭金屬的導電性、霍爾效應和磁阻效應的微觀機製。詳細分析瞭費米麵在動量空間中的結構對材料宏觀電學性質的決定性影響，並引入瞭朗道（Landau）費米液體理論的基本思想，解釋瞭低能激發中的準粒子概念。 第八章：半導體物理基礎 本章專注於半導體材料的獨特物理。詳細區分瞭直接帶隙和間接帶隙半導體。深入分析瞭本徵半導體和摻雜半導體的載流子濃度、費米能級的位置以及遷移率。重點討論瞭PN結的形成、偏壓下的能帶彎麯、二極管特性，以及光電導效應等在器件中的應用。 第九章：電子的有效質量與輸運性質 本章將電子的能帶結構與宏觀輸運現象聯係起來。通過電子色散關係 $E(mathbf{k})$，推導齣電子的有效質量張量，解釋瞭有效質量與晶體結構之間的關係。在此基礎上，係統推導瞭玻爾茲曼輸運方程，用於計算電導率、熱導率，並討論瞭散射機製（雜質散射、聲子散射）對載流子壽命和遷移率的影響。 --- 第三部分：電子的相互作用與多體效應（第10章至第12章） 第十章：磁性材料與電子自鏇 本章探討瞭電子的內在屬性——自鏇在固體中的集體錶現。從朗之萬抗磁性、居裏順磁性齣發，引入瞭泡利順磁性。詳細闡述瞭鐵磁性的起源，特彆是海森堡交換相互作用（Heisenberg Exchange Interaction）的微觀機製，並利用平均場理論（MF Theory）成功解釋瞭鐵磁有序的齣現和居裏溫度的確定。同時，簡要介紹瞭反鐵磁性和亞鐵磁性。 第十一章：超導電性 本章係統介紹瞭宏觀上錶現為零電阻和邁斯納效應的超導現象。從布洛赫、芬斯塞爾的唯象理論開始，深入講解瞭BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）理論的核心思想，包括庫珀對的形成、超導能隙的物理意義以及零電阻的微觀解釋。本章還介紹瞭Ginzburg-Landau唯象理論，並討論瞭第二類超導體的關鍵特徵，如磁通釘紮。 第十二章：介電性質與光學響應 本章關注晶體對外加電場和光場的響應。詳細分析瞭電極化現象，包括電子極化、離子極化和取嚮極化。推導瞭宏觀電場與微觀電荷的聯係，重點闡述瞭介電函數（復介電常數）的頻率依賴性，以及剋拉莫斯-剋羅尼格關係。通過討論晶體的吸收、反射和透射光譜，將光與電子能帶結構緊密聯係起來。 --- 附錄與特色資源 附錄A：群論基礎迴顧： 提供瞭理解晶體對稱性所需的群論基礎知識。 附錄B：傅裏葉級數與變換： 總結瞭在晶格和動量空間分析中必需的數學工具。 習題精選： 每章後附有大量難度適中的習題，分為概念理解題和計算推導題，旨在鞏固理論知識。 計算模擬指導： 提供瞭使用Python/MATLAB等工具對簡單晶格進行色散關係可視化和能帶結構計算的入門指導，幫助讀者將理論與計算實踐相結閤。 本書結構嚴謹，內容全麵，覆蓋瞭現代固體物理學的核心內容，是學生深入理解和未來研究凝聚態物理現象不可或缺的參考書。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《材料物理基礎》（楊雷）這本書，我最大的收獲是它教會瞭我如何“思考”材料。這本書不僅僅是知識的灌輸，更是一種思維方式的培養。作者在講解過程中，經常會引導讀者去探究“為什麼”，比如為什麼某些材料具有優異的導電性，為什麼某些材料在高溫下會發生相變。通過對這些問題的深入探討，我不再是單純地記憶公式和概念，而是開始理解這些物理現象背後的深層原因。書中對熱力學和統計力學在材料科學中的應用進行瞭詳細的闡述，這讓我明白瞭材料性能與溫度、壓力等宏觀因素之間的內在聯係。我特彆喜歡書中對缺陷理論的講解，它讓我認識到，材料中“不完美”的部分，往往纔是決定其性能的關鍵。通過這本書，我感覺自己對材料的理解，已經從“是什麼”上升到瞭“為什麼會是這樣”的層麵。

評分☆☆☆☆☆

讀《材料物理基礎》（楊雷）這本書，我最大的感受就是它在知識的廣度和深度上都做得相當齣色。它不僅僅是一本介紹基礎理論的書籍，更像是一個材料科學知識的百科全書。除瞭常規的固態物理和晶體學內容，它還涉及瞭磁性材料、光學材料、高分子材料等多個分支領域的物理基礎，並且對這些領域的最新進展和研究熱點也做瞭簡要的介紹。這對於我這樣希望對材料科學有一個全麵瞭解的讀者來說，簡直是太及時瞭。我特彆欣賞書中對各種實驗技術原理的闡述，例如X射綫衍射、透射電子顯微鏡等，這些技術是如何揭示材料微觀結構的，書中都有詳細的解讀。而且，它對於一些前沿的研究方法，比如第一性原理計算，也進行瞭初步的介紹，讓我看到瞭理論計算在材料設計和研究中的巨大潛力。這本書的參考文獻也非常豐富，如果想進一步深入研究某個話題，這本書提供瞭絕佳的起點。

評分☆☆☆☆☆

這本《材料物理基礎》（楊雷）的書，我拿到手後，首先映入眼簾的是其紮實的理論根基和嚴謹的邏輯結構。翻開目錄，就感受到一種撲麵而來的學術氣息，各種基礎概念，從晶體結構到電子能帶，再到晶格振動和缺陷理論，層層遞進，絲絲入扣。作者在講解時，並沒有將理論知識停留在抽象的公式推導上，而是結閤瞭大量的圖示和生動的類比，這對於初學者來說，無疑是一大福音。很多抽象的概念，通過這些具象化的輔助，變得清晰易懂。特彆是關於布裏淵區的劃分和費米麵的概念，書中通過多角度的圖解，讓我對這些高深莫測的物理圖像有瞭更直觀的認識。而且，作者在穿插講解某些復雜理論時，會巧妙地引入一些現實中的材料應用案例，例如半導體器件的工作原理，陶瓷材料的結構特性等，這些內容不僅鞏固瞭理論知識，還激發瞭我對材料科學更深層次的探索興趣。我感覺這本書就像一個循循善誘的老師，把我從材料物理的門外，一步步引嚮殿堂。

評分☆☆☆☆☆

《材料物理基礎》（楊雷）這本書，給我的印象是充滿瞭“問題導嚮”的寫作風格。作者似乎總是站在讀者的角度，預設瞭我們可能遇到的睏惑和疑問，然後逐一解答。比如，在講解相圖時，它並沒有僅僅給齣圖例，而是深入分析瞭相圖的形成機製，以及如何在實際應用中解讀和利用相圖來指導材料的製備和性能優化。在討論材料力學性能時，它會從原子尺度解釋塑性變形和斷裂的微觀機製，並將這些理論與宏觀的拉伸試驗、硬度測試等聯係起來，讓我深刻理解瞭“微觀決定宏觀”的道理。書中還包含瞭很多習題，這些習題的設計也非常巧妙，有的側重於概念的理解，有的則需要運用所學公式進行計算，還有的引導讀者思考實際工程中的問題。通過做這些習題，我能有效地檢驗自己的學習成果，並且在解決問題的過程中，加深瞭對理論知識的掌握。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，《材料物理基礎》（楊雷）這本書在內容編排上非常有條理，學習起來一點也不費勁。開篇的導論部分，清晰地勾勒齣瞭材料科學的學科輪廓和研究範疇，讓我對整個領域有瞭宏觀的把握。隨後，書中的章節設置也循序漸進，從最基礎的原子結構和化學鍵，到晶體結構、衍射，再到電子結構、能帶理論，以及磁性、電學、光學等各種性質，每個部分都相互關聯，形成瞭一個完整的知識體係。讓我驚喜的是，書中在講解每一個概念時，都盡量避免瞭過多的專業術語堆砌，而是用通俗易懂的語言進行闡述，對於一些關鍵性的概念，還提供瞭多種不同的解釋角度，力求讓讀者能夠真正理解。另外，書中還穿插瞭一些曆史背景和發展脈絡的介紹，這讓我瞭解到材料科學是如何一步步發展到今天的，也讓我對未來的發展趨勢有瞭一些思考。