固体物理基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孙会元 著

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• 固体物理
• 凝聚态物理
• 物理学
• 材料物理
• 晶体结构
• 能带理论
• 半导体物理
• 电子态
• 物理教材
• 大学物理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030280657

版次：31

商品编码：12363778

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”规划教材

开本：32开

出版时间：2018-05-01

页数：304

正文语种：中文

内容简介

本书以固体电子论的发展为主线，把固体物理基础的各知识点联系在了一起。全书共分6章。首先从金属的自由电子论这一简单模型讲起，然后以该模型的不足为引子，逐步引入为修改该模型必须具备的知识——晶体结构；进而导入能带论、晶格振动、固体的输运现象、晶体结合、晶体缺陷和相图等内容。本书重视物理概念和模型的讲解，尽量做到物理图像清晰，数学推导简明，体系编排科学、有效。

固体物理基础 作者：[此处留空，可自行填写] 本书旨在为读者提供一个全面且深入的固体物理学入门指南，重点关注材料的宏观和微观性质，以及支配其行为的基本物理原理。本书内容结构严谨，逻辑清晰，适合物理学、材料科学、化学、工程学等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书使用。 --- 第一部分：晶体结构与微观几何 本部分将晶体学作为理解固体物理的基石，详细介绍了晶体结构的基本概念、描述方法及其在不同材料中的具体表现。 第一章：晶体的基本概念与对称性 本章首先引入宏观晶体的概念，区分晶体与非晶体。随后，深入探讨晶体的周期性——点阵（Bravais Lattices）的数学描述，包括七大晶系和十四种布拉维点阵。重点讲解了晶体的对称操作，如旋转轴、反射面和反演中心，以及它们如何共同定义空间群。通过群论的初步应用，读者将理解对称性在物理性质分类中的重要性。本章详细介绍了晶胞（Primitive Cell）和单位晶胞（Unit Cell）的选择标准，特别是如何通过Wigner-Seitz原胞进行更具物理意义的表征。 第二章：晶体衍射与倒易点阵 本章将理论分析与实验观测紧密结合，讲解了X射线、电子束和中子束衍射作为探测晶体结构的“探针”的原理。详述了布拉格定律（Bragg’s Law）在确定晶面间距中的应用。核心内容集中于倒易点阵（Reciprocal Lattice）的构建及其物理意义。倒易点阵是傅里叶空间中的周期性表示，是理解能带理论和晶体动量（晶体波矢$mathbf{k}$）的关键。本章通过具体实例，如面心立方（FCC）和体心立方（BCC）的点阵，推导其倒易点阵并解释其与实空间晶体的关系。此外，还将讨论结构因子（Structure Factor）的计算，用以解释衍射峰的强度与原子位置的依赖性。 第三章：晶体缺陷 理想晶体结构在现实中并不存在。本章系统地研究了晶体中的缺陷，这些缺陷对材料的物理、化学和机械性能起着决定性作用。我们从零维缺陷（点缺陷）入手，详细分析空位（Vacancy）、间隙原子（Interstitial）和取代原子（Substitutional Impurity）的热力学形成能与浓度分布。随后扩展到一维缺陷（线缺陷，即位错），讲解边缘位错和螺型位错的几何特征、滑移系统以及其在塑性形变中的核心作用。二维缺陷（晶界、孪晶界）的结构和对材料性能（如导电性、力学性能）的影响也将被深入探讨。 --- 第二部分：晶格振动与热学性质 本部分从微观层面考察晶格的集体激发——声子，并以此为基础推导出固体的主要热学性质。 第四章：晶格振动与声子 本章的核心是晶格动力学。首先，我们从一维、双原子链模型开始，利用牛顿运动定律和周期性边界条件，推导出色散关系（Dispersion Relation），即频率$omega$与波矢$mathbf{k}$的关系。由此引入“声子”（Phonon）的概念，将其视为晶格振动的量子化激发。本章详细阐述了光学支和声学支的物理意义。随后，将模型推广到三维晶体，讨论由$3N$个自由度构成的声子谱，重点分析长波长极限下的声学支，证明声子速度即为声速。本章还引入了德拜模型（Debye Model），通过将晶格振动限制在截止频率（德拜频率）内，成功地推导出了低温下的$T^3$定律。 第五章：固体热学性质 基于声子理论，本章定量分析固体的热学性质。我们首先利用玻尔兹曼统计，计算出声子气体对固体内部能量的贡献，并利用能量对温度的微分得到比热容（Heat Capacity）。将爱因斯坦模型（Einstein Model）作为初探，随后深入探讨德拜模型在描述低温和高温极限下热容的优越性。此外，本章还将讨论声子在晶体中如何散射，以及如何利用这些散射机制（如声子-声子散射、声子-缺陷散射）来理解和预测固体的热导率（Thermal Conductivity）。 --- 第三部分：电子的能带理论 这是固体物理的核心内容，解释了为什么有些材料导电，有些是绝缘体，有些是半导体，并引入了量子力学的关键工具。 第六章：自由电子模型与能带的起源 本章从最简化的德鲁德模型（Drude Model）出发，解释了金属的电导率和热学性质，虽然它成功地解释了欧姆定律，但在比热容上预测失败。接着，引入索末菲模型（Sommerfeld Model），将电子视为在三维周期势场中运动的费米子气体。本书严格推导了费米能级（Fermi Energy）、费米面（Fermi Surface）的概念及其在金属中的重要性。通过费米子分布函数，解释了为什么电子对低温比热容的贡献微乎其微。 第七章：周期性势场中的电子——布洛赫定理 本章是通往能带论的桥梁。从薛定谔方程出发，引入晶格周期性势场的概念。严格推导并阐述了布洛赫定理（Bloch’s Theorem），即电子波函数的形式为平面波与晶格周期的函数之积。利用布洛赫定理，本书系统地解释了能带（Energy Bands）和能隙（Band Gaps）的形成。解释了布洛赫电子的有效质量（Effective Mass）概念，及其如何被晶格的周期性所影响。 第八章：能带分类与金属、绝缘体、半导体的区分 本章应用能带理论来分类固体材料。通过考察费米能级在能带结构中的位置，严格区分了导体（金属）、绝缘体和半导体。对于半导体，详细讨论了本征半导体和掺杂半导体的特性，包括载流子浓度、有效质量与能隙的关系。本章还将初步介绍布里渊区（Brillouin Zone）的概念，解释了晶体动量（Crystal Momentum）在能带结构中的关键作用。 --- 第四部分：磁学与介电性质 本部分关注固体内部电子和离子的响应，特别是对电场和磁场的宏观效应。 第九章：介电性质与电极化 本章探讨外电场对固体的影响。首先定义了电极化强度$mathbf{P}$。针对不同材料，分类讨论了电子极化（瞬时响应）、离子极化（晶格位移）和取向极化（永久偶极矩）。系统推导了介电常数（Dielectric Constant）与极化率（Polarizability）的关系，并讲解了Clausius-Mossotti方程的适用范围。本章还将讨论电场在材料内部的屏蔽效应以及铁电体的基本特征。 第十章：磁性理论 本章从电子的轨道角动量和自旋入手，分析固体的磁学响应。首先解释了朗之万抗磁性（Langevin Diamagnetism），随后引入居里顺磁性（Curie Paramagnetism），并从量子力学的角度解释自旋的贡献。深入分析了朗之万顺磁性和居里顺磁性的微观机制。随后，本书将重点转向自旋间的相互作用，详细阐述了交换相互作用（Exchange Interaction），并基于此构建了铁磁性（Ferromagnetism）的平均场理论（亨利特定律），解释了磁畴的形成。最后，简要介绍反铁磁性与亚铁磁性。 --- 第五部分：超导性（选读/进阶） 本部分简要介绍凝聚态物理中一个引人入胜的现象。 第十一章：超导现象与BCS理论简介 本章介绍宏观超导现象——零电阻和迈斯纳效应（Meissner Effect）。从唯象的伦敦方程入手，描述了磁通排斥的现象。随后，将篇幅集中于BCS理论，解释了电子通过声子媒介形成库珀对（Cooper Pairs）的微观机制，以及如何利用准粒子激发来描述超导态的性质。本章将作为连接经典固体物理与现代凝聚态物理的桥梁。 --- 附录： 附录A：晶体学常用符号表 附录B：群论基础回顾 附录C：费米-狄拉克分布函数推导 附录D：常用物理常数与单位换算表 本书力求在数学严谨性和物理图像直观性之间找到最佳平衡，通过大量的例题和深入的物理讨论，帮助读者真正掌握固体物理学的核心概念，为后续更专业领域的学习奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

购买这本书，很大程度上是出于一种“知其然，更知其所以然”的心理。我们每天都生活在由各种固体材料构成的世界里，从手中的手机，到脚下的地板，再到身下的椅子，无一不是固体的集合。但我们往往只关注它们的功能性，而忽略了它们为何拥有这些特性。这本书的名字——《固体物理基础》——恰好满足了我这种好奇心。我希望它能为我揭示这些日常物品背后更深层次的物理原理。特别是那些关于材料性质的讨论，比如金属的韧性、陶瓷的脆性，究竟是源于原子级别的排列方式，还是电子的某种特殊行为？书中是否会深入浅出地解释晶格的概念，以及缺陷如何影响材料的宏观性能？我一直对磁性材料很感兴趣，比如永磁体为何能产生持久的磁场？这是否与电子的自旋有关？我期待书中能有这方面的介绍。另外，关于固体的导电性，我希望它能解释清楚金属、半导体和绝缘体之间的本质区别，以及它们是如何在微观层面运作的。如果书中能用一些图解或者类比来辅助理解，比如用“小球和弹簧”来模拟晶格振动，那对我这样的非专业读者来说会非常友好。总之，我希望这本书能让我对我们所处的物质世界有一个更科学、更深刻的认知，而不仅仅是停留在感官的层面。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书时，第一眼就被它封面上简洁而又充满力量感的字体吸引了。作为一名对物理有着浓厚兴趣的爱好者，我一直对“固体物理”这个领域充满敬畏。它听起来既深奥又实用，是许多现代科技的基石。这本书的标题——“固体物理基础”——给了我很大的信心，让我觉得它可能是那个打开固体物理世界大门的钥匙，即使我不是物理专业的科班出身。我尤其希望书中能详细介绍一些基础但重要的概念，比如晶体的周期性结构是如何形成的？布拉格衍射又是如何帮助我们“看清”原子排列的？还有，为什么有些材料导电，有些绝缘，而有些又介于两者之间？那些关于能带的讨论，是不是就像描绘了电子在固体中的“游乐园”，有不同的能量区域，而禁带则是“禁止入内”的区域？我设想，如果书中能用形象的比喻，或者通过图示来解释这些抽象的概念，那对我这样的初学者来说简直是福音。我还会好奇，书中会不会提到一些经典实验，比如霍尔效应，它是如何揭示载流子性质的？以及，诸如X射线衍射、电子显微镜等实验技术，又是如何帮助我们研究固体结构的？我期待这本书不仅仅是理论的堆砌，更能让我感受到科学研究的严谨和魅力，甚至激发出我对固体物理更深入探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺简洁大方的，蓝白相间，给人一种沉静而专业的视觉感受。我当初拿到它的时候，就对“固体物理”这个概念充满了好奇。虽然我不是物理专业的学生，但生活中的很多现象，比如金属的导电性，半导体的应用，甚至一块小小的磁铁，都让我觉得背后一定有更深层次的物理原理在支撑。这本书的标题“固体物理基础”显得尤为吸引人，因为它承诺的是“基础”，这意味着即便是像我这样涉足不深的人，也能从中找到切入点，了解这些看似神秘的固体世界的奥秘。我特别期待这本书能用比较通俗易懂的方式，解释清楚诸如晶体结构、能带理论、电子在固体中的行为等等这些核心概念。毕竟，理解这些基础理论，才能更好地去理解我们身边那些令人惊叹的科技成就。比如，我一直对智能手机里的芯片如何工作感到好奇，书中会不会提及到半导体的能带结构，以及它是如何控制电流的呢？或者，在材料科学领域，为什么有些金属那么坚硬，有些却可以反复弯折而不易断裂，这些都和固体的内部结构有什么关联？这本书的厚度也适中，不算太薄，意味着内容应该比较充实，但又不像鸿篇巨著那样让人望而却步。总之，我希望这本书能成为我了解固体物理世界的一扇窗户，让我能从更宏观和微观的视角去审视我们所处的物质世界。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《固体物理基础》，我其实是带着点“看热闹”的心态。我身边有不少朋友是做科研的，他们常常会提到一些我听不懂的术语，比如“费米能级”、“晶格振动”、“布里渊区”之类的。虽然我可能无法像他们那样深入理解，但总觉得了解一点皮毛，也能为我们日常的交流增加一些乐趣。这本书的名字听起来就很高大上，但“基础”二字又让人觉得没那么遥不可及。我特别希望能在这本书里找到对一些常见材料特性，比如金属的光泽、陶瓷的脆性、橡胶的弹性等，有一个基于物理原理的解释。这本书的装帧设计很朴素，没有花哨的插图，这让我猜测内容可能更侧重于理论推导和概念的清晰阐述。我希望书中能用一种相对容易理解的方式，介绍晶体的基本概念，比如点阵、晶面、晶向，以及它们是如何影响宏观性质的。比如，为什么金属的延展性很好？这是否与它内部的晶界和滑移面有关？还有，磁性材料为什么会有磁性？这是否涉及到电子的自旋和轨道运动？我会很关注书中对于电子在固体中行为的描述，比如为什么有些电子可以自由移动形成电流，而有些则被束缚在原子核周围。如果书中能穿插一些生活中的例子，来印证这些理论，那对我来说就更贴近现实了。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我选择这本书纯粹是因为它的名字听起来很有学问，而我个人又对那些“硬核”的科学话题抱有一丝好奇。作为一名文科背景的读者，我深知“固体物理”对我来说是一个相当陌生的领域，可能比天文学或者量子力学听起来还要“接地气”一些，毕竟固体是我们最常接触到的物质形态。这本书的标题“固体物理基础”让我觉得，它也许能够以一种相对温和的方式，为我这个“门外汉”推开一扇理解这个世界底层逻辑的窗户。我期待它能用清晰的语言，勾勒出固体物质世界的轮廓，比如，为什么有的物质坚硬如铁，有的却柔软如棉？为什么有些材料导电，有些却会绝缘？这些问题的背后，一定隐藏着微观世界的运行规律。书中会不会介绍晶体这个基本概念，以及它和非晶体有什么区别？我设想，如果它能用类比或者通俗的图示，来解释诸如原子是如何排列、它们之间的相互作用力又是如何形成的，那将极大地降低我的阅读门槛。我还对半导体材料产生了浓厚的兴趣，毕竟它们是现代电子产业的核心，书中是否会涉及到它们是如何工作的？比如，为什么给一点点“能量”或者“杂质”，它们就能表现出神奇的导电特性？我希望这本书能让我感受到科学的魅力，即使不能完全掌握其中的理论，也能对我们身边熟悉的物质世界，有一个更深入、更科学的理解。