固體物理基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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孫會元 著

圖書標籤:

• 固體物理
• 凝聚態物理
• 物理學
• 材料物理
• 晶體結構
• 能帶理論
• 半導體物理
• 電子態
• 物理教材
• 大學物理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030280657

版次：31

商品編碼：12363778

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十一五”規劃教材

開本：32開

齣版時間：2018-05-01

頁數：304

正文語種：中文

內容簡介

本書以固體電子論的發展為主綫，把固體物理基礎的各知識點聯係在瞭一起。全書共分6章。首先從金屬的自由電子論這一簡單模型講起，然後以該模型的不足為引子，逐步引入為修改該模型必須具備的知識——晶體結構；進而導入能帶論、晶格振動、固體的輸運現象、晶體結閤、晶體缺陷和相圖等內容。本書重視物理概念和模型的講解，盡量做到物理圖像清晰，數學推導簡明，體係編排科學、有效。

固體物理基礎 作者：[此處留空，可自行填寫] 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的固體物理學入門指南，重點關注材料的宏觀和微觀性質，以及支配其行為的基本物理原理。本書內容結構嚴謹，邏輯清晰，適閤物理學、材料科學、化學、工程學等相關專業的高年級本科生和研究生作為教材或參考書使用。 --- 第一部分：晶體結構與微觀幾何 本部分將晶體學作為理解固體物理的基石，詳細介紹瞭晶體結構的基本概念、描述方法及其在不同材料中的具體錶現。 第一章：晶體的基本概念與對稱性 本章首先引入宏觀晶體的概念，區分晶體與非晶體。隨後，深入探討晶體的周期性——點陣（Bravais Lattices）的數學描述，包括七大晶係和十四種布拉維點陣。重點講解瞭晶體的對稱操作，如鏇轉軸、反射麵和反演中心，以及它們如何共同定義空間群。通過群論的初步應用，讀者將理解對稱性在物理性質分類中的重要性。本章詳細介紹瞭晶胞（Primitive Cell）和單位晶胞（Unit Cell）的選擇標準，特彆是如何通過Wigner-Seitz原胞進行更具物理意義的錶徵。 第二章：晶體衍射與倒易點陣 本章將理論分析與實驗觀測緊密結閤，講解瞭X射綫、電子束和中子束衍射作為探測晶體結構的“探針”的原理。詳述瞭布拉格定律（Bragg’s Law）在確定晶麵間距中的應用。核心內容集中於倒易點陣（Reciprocal Lattice）的構建及其物理意義。倒易點陣是傅裏葉空間中的周期性錶示，是理解能帶理論和晶體動量（晶體波矢$mathbf{k}$）的關鍵。本章通過具體實例，如麵心立方（FCC）和體心立方（BCC）的點陣，推導其倒易點陣並解釋其與實空間晶體的關係。此外，還將討論結構因子（Structure Factor）的計算，用以解釋衍射峰的強度與原子位置的依賴性。 第三章：晶體缺陷 理想晶體結構在現實中並不存在。本章係統地研究瞭晶體中的缺陷，這些缺陷對材料的物理、化學和機械性能起著決定性作用。我們從零維缺陷（點缺陷）入手，詳細分析空位（Vacancy）、間隙原子（Interstitial）和取代原子（Substitutional Impurity）的熱力學形成能與濃度分布。隨後擴展到一維缺陷（綫缺陷，即位錯），講解邊緣位錯和螺型位錯的幾何特徵、滑移係統以及其在塑性形變中的核心作用。二維缺陷（晶界、孿晶界）的結構和對材料性能（如導電性、力學性能）的影響也將被深入探討。 --- 第二部分：晶格振動與熱學性質 本部分從微觀層麵考察晶格的集體激發——聲子，並以此為基礎推導齣固體的主要熱學性質。 第四章：晶格振動與聲子 本章的核心是晶格動力學。首先，我們從一維、雙原子鏈模型開始，利用牛頓運動定律和周期性邊界條件，推導齣色散關係（Dispersion Relation），即頻率$omega$與波矢$mathbf{k}$的關係。由此引入“聲子”（Phonon）的概念，將其視為晶格振動的量子化激發。本章詳細闡述瞭光學支和聲學支的物理意義。隨後，將模型推廣到三維晶體，討論由$3N$個自由度構成的聲子譜，重點分析長波長極限下的聲學支，證明聲子速度即為聲速。本章還引入瞭德拜模型（Debye Model），通過將晶格振動限製在截止頻率（德拜頻率）內，成功地推導齣瞭低溫下的$T^3$定律。 第五章：固體熱學性質 基於聲子理論，本章定量分析固體的熱學性質。我們首先利用玻爾茲曼統計，計算齣聲子氣體對固體內部能量的貢獻，並利用能量對溫度的微分得到比熱容（Heat Capacity）。將愛因斯坦模型（Einstein Model）作為初探，隨後深入探討德拜模型在描述低溫和高溫極限下熱容的優越性。此外，本章還將討論聲子在晶體中如何散射，以及如何利用這些散射機製（如聲子-聲子散射、聲子-缺陷散射）來理解和預測固體的熱導率（Thermal Conductivity）。 --- 第三部分：電子的能帶理論 這是固體物理的核心內容，解釋瞭為什麼有些材料導電，有些是絕緣體，有些是半導體，並引入瞭量子力學的關鍵工具。 第六章：自由電子模型與能帶的起源 本章從最簡化的德魯德模型（Drude Model）齣發，解釋瞭金屬的電導率和熱學性質，雖然它成功地解釋瞭歐姆定律，但在比熱容上預測失敗。接著，引入索末菲模型（Sommerfeld Model），將電子視為在三維周期勢場中運動的費米子氣體。本書嚴格推導瞭費米能級（Fermi Energy）、費米麵（Fermi Surface）的概念及其在金屬中的重要性。通過費米子分布函數，解釋瞭為什麼電子對低溫比熱容的貢獻微乎其微。 第七章：周期性勢場中的電子——布洛赫定理 本章是通往能帶論的橋梁。從薛定諤方程齣發，引入晶格周期性勢場的概念。嚴格推導並闡述瞭布洛赫定理（Bloch’s Theorem），即電子波函數的形式為平麵波與晶格周期的函數之積。利用布洛赫定理，本書係統地解釋瞭能帶（Energy Bands）和能隙（Band Gaps）的形成。解釋瞭布洛赫電子的有效質量（Effective Mass）概念，及其如何被晶格的周期性所影響。 第八章：能帶分類與金屬、絕緣體、半導體的區分 本章應用能帶理論來分類固體材料。通過考察費米能級在能帶結構中的位置，嚴格區分瞭導體（金屬）、絕緣體和半導體。對於半導體，詳細討論瞭本徵半導體和摻雜半導體的特性，包括載流子濃度、有效質量與能隙的關係。本章還將初步介紹布裏淵區（Brillouin Zone）的概念，解釋瞭晶體動量（Crystal Momentum）在能帶結構中的關鍵作用。 --- 第四部分：磁學與介電性質 本部分關注固體內部電子和離子的響應，特彆是對電場和磁場的宏觀效應。 第九章：介電性質與電極化 本章探討外電場對固體的影響。首先定義瞭電極化強度$mathbf{P}$。針對不同材料，分類討論瞭電子極化（瞬時響應）、離子極化（晶格位移）和取嚮極化（永久偶極矩）。係統推導瞭介電常數（Dielectric Constant）與極化率（Polarizability）的關係，並講解瞭Clausius-Mossotti方程的適用範圍。本章還將討論電場在材料內部的屏蔽效應以及鐵電體的基本特徵。 第十章：磁性理論 本章從電子的軌道角動量和自鏇入手，分析固體的磁學響應。首先解釋瞭朗之萬抗磁性（Langevin Diamagnetism），隨後引入居裏順磁性（Curie Paramagnetism），並從量子力學的角度解釋自鏇的貢獻。深入分析瞭朗之萬順磁性和居裏順磁性的微觀機製。隨後，本書將重點轉嚮自鏇間的相互作用，詳細闡述瞭交換相互作用（Exchange Interaction），並基於此構建瞭鐵磁性（Ferromagnetism）的平均場理論（亨利特定律），解釋瞭磁疇的形成。最後，簡要介紹反鐵磁性與亞鐵磁性。 --- 第五部分：超導性（選讀/進階） 本部分簡要介紹凝聚態物理中一個引人入勝的現象。 第十一章：超導現象與BCS理論簡介 本章介紹宏觀超導現象——零電阻和邁斯納效應（Meissner Effect）。從唯象的倫敦方程入手，描述瞭磁通排斥的現象。隨後，將篇幅集中於BCS理論，解釋瞭電子通過聲子媒介形成庫珀對（Cooper Pairs）的微觀機製，以及如何利用準粒子激發來描述超導態的性質。本章將作為連接經典固體物理與現代凝聚態物理的橋梁。 --- 附錄： 附錄A：晶體學常用符號錶 附錄B：群論基礎迴顧 附錄C：費米-狄拉剋分布函數推導 附錄D：常用物理常數與單位換算錶 本書力求在數學嚴謹性和物理圖像直觀性之間找到最佳平衡，通過大量的例題和深入的物理討論，幫助讀者真正掌握固體物理學的核心概念，為後續更專業領域的學習奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書時，第一眼就被它封麵上簡潔而又充滿力量感的字體吸引瞭。作為一名對物理有著濃厚興趣的愛好者，我一直對“固體物理”這個領域充滿敬畏。它聽起來既深奧又實用，是許多現代科技的基石。這本書的標題——“固體物理基礎”——給瞭我很大的信心，讓我覺得它可能是那個打開固體物理世界大門的鑰匙，即使我不是物理專業的科班齣身。我尤其希望書中能詳細介紹一些基礎但重要的概念，比如晶體的周期性結構是如何形成的？布拉格衍射又是如何幫助我們“看清”原子排列的？還有，為什麼有些材料導電，有些絕緣，而有些又介於兩者之間？那些關於能帶的討論，是不是就像描繪瞭電子在固體中的“遊樂園”，有不同的能量區域，而禁帶則是“禁止入內”的區域？我設想，如果書中能用形象的比喻，或者通過圖示來解釋這些抽象的概念，那對我這樣的初學者來說簡直是福音。我還會好奇，書中會不會提到一些經典實驗，比如霍爾效應，它是如何揭示載流子性質的？以及，諸如X射綫衍射、電子顯微鏡等實驗技術，又是如何幫助我們研究固體結構的？我期待這本書不僅僅是理論的堆砌，更能讓我感受到科學研究的嚴謹和魅力，甚至激發齣我對固體物理更深入探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我選擇這本書純粹是因為它的名字聽起來很有學問，而我個人又對那些“硬核”的科學話題抱有一絲好奇。作為一名文科背景的讀者，我深知“固體物理”對我來說是一個相當陌生的領域，可能比天文學或者量子力學聽起來還要“接地氣”一些，畢竟固體是我們最常接觸到的物質形態。這本書的標題“固體物理基礎”讓我覺得，它也許能夠以一種相對溫和的方式，為我這個“門外漢”推開一扇理解這個世界底層邏輯的窗戶。我期待它能用清晰的語言，勾勒齣固體物質世界的輪廓，比如，為什麼有的物質堅硬如鐵，有的卻柔軟如棉？為什麼有些材料導電，有些卻會絕緣？這些問題的背後，一定隱藏著微觀世界的運行規律。書中會不會介紹晶體這個基本概念，以及它和非晶體有什麼區彆？我設想，如果它能用類比或者通俗的圖示，來解釋諸如原子是如何排列、它們之間的相互作用力又是如何形成的，那將極大地降低我的閱讀門檻。我還對半導體材料産生瞭濃厚的興趣，畢竟它們是現代電子産業的核心，書中是否會涉及到它們是如何工作的？比如，為什麼給一點點“能量”或者“雜質”，它們就能錶現齣神奇的導電特性？我希望這本書能讓我感受到科學的魅力，即使不能完全掌握其中的理論，也能對我們身邊熟悉的物質世界，有一個更深入、更科學的理解。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《固體物理基礎》，我其實是帶著點“看熱鬧”的心態。我身邊有不少朋友是做科研的，他們常常會提到一些我聽不懂的術語，比如“費米能級”、“晶格振動”、“布裏淵區”之類的。雖然我可能無法像他們那樣深入理解，但總覺得瞭解一點皮毛，也能為我們日常的交流增加一些樂趣。這本書的名字聽起來就很高大上，但“基礎”二字又讓人覺得沒那麼遙不可及。我特彆希望能在這本書裏找到對一些常見材料特性，比如金屬的光澤、陶瓷的脆性、橡膠的彈性等，有一個基於物理原理的解釋。這本書的裝幀設計很樸素，沒有花哨的插圖，這讓我猜測內容可能更側重於理論推導和概念的清晰闡述。我希望書中能用一種相對容易理解的方式，介紹晶體的基本概念，比如點陣、晶麵、晶嚮，以及它們是如何影響宏觀性質的。比如，為什麼金屬的延展性很好？這是否與它內部的晶界和滑移麵有關？還有，磁性材料為什麼會有磁性？這是否涉及到電子的自鏇和軌道運動？我會很關注書中對於電子在固體中行為的描述，比如為什麼有些電子可以自由移動形成電流，而有些則被束縛在原子核周圍。如果書中能穿插一些生活中的例子，來印證這些理論，那對我來說就更貼近現實瞭。

評分☆☆☆☆☆

購買這本書，很大程度上是齣於一種“知其然，更知其所以然”的心理。我們每天都生活在由各種固體材料構成的世界裏，從手中的手機，到腳下的地闆，再到身下的椅子，無一不是固體的集閤。但我們往往隻關注它們的功能性，而忽略瞭它們為何擁有這些特性。這本書的名字——《固體物理基礎》——恰好滿足瞭我這種好奇心。我希望它能為我揭示這些日常物品背後更深層次的物理原理。特彆是那些關於材料性質的討論，比如金屬的韌性、陶瓷的脆性，究竟是源於原子級彆的排列方式，還是電子的某種特殊行為？書中是否會深入淺齣地解釋晶格的概念，以及缺陷如何影響材料的宏觀性能？我一直對磁性材料很感興趣，比如永磁體為何能産生持久的磁場？這是否與電子的自鏇有關？我期待書中能有這方麵的介紹。另外，關於固體的導電性，我希望它能解釋清楚金屬、半導體和絕緣體之間的本質區彆，以及它們是如何在微觀層麵運作的。如果書中能用一些圖解或者類比來輔助理解，比如用“小球和彈簧”來模擬晶格振動，那對我這樣的非專業讀者來說會非常友好。總之，我希望這本書能讓我對我們所處的物質世界有一個更科學、更深刻的認知，而不僅僅是停留在感官的層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺簡潔大方的，藍白相間，給人一種沉靜而專業的視覺感受。我當初拿到它的時候，就對“固體物理”這個概念充滿瞭好奇。雖然我不是物理專業的學生，但生活中的很多現象，比如金屬的導電性，半導體的應用，甚至一塊小小的磁鐵，都讓我覺得背後一定有更深層次的物理原理在支撐。這本書的標題“固體物理基礎”顯得尤為吸引人，因為它承諾的是“基礎”，這意味著即便是像我這樣涉足不深的人，也能從中找到切入點，瞭解這些看似神秘的固體世界的奧秘。我特彆期待這本書能用比較通俗易懂的方式，解釋清楚諸如晶體結構、能帶理論、電子在固體中的行為等等這些核心概念。畢竟，理解這些基礎理論，纔能更好地去理解我們身邊那些令人驚嘆的科技成就。比如，我一直對智能手機裏的芯片如何工作感到好奇，書中會不會提及到半導體的能帶結構，以及它是如何控製電流的呢？或者，在材料科學領域，為什麼有些金屬那麼堅硬，有些卻可以反復彎摺而不易斷裂，這些都和固體的內部結構有什麼關聯？這本書的厚度也適中，不算太薄，意味著內容應該比較充實，但又不像鴻篇巨著那樣讓人望而卻步。總之，我希望這本書能成為我瞭解固體物理世界的一扇窗戶，讓我能從更宏觀和微觀的視角去審視我們所處的物質世界。