课程介绍
内容
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固体物理学是凝聚态物理学中最大的分支。它研究的对象是固体,特别是原子排列具有周期性结构的晶体。因为固体物理学的发展,才有了半导体、超导体、芯片、电路、存储材料等等乃至信息技术。 固体物理学的基本任务是从微观上理解固体,从而解释其宏观物理性质。本课程将会涉及到非相对论性的量子力学以及统计物理,涉及力学、热学、声学、电磁学和光学等各方面的内容。
预计将会学习到如下的课程内容:晶体的结构(包括倒格子和晶体衍射),晶体的结合(包括固体中的成键问题);晶格中的振动问题和热学性质(包括爱因斯坦模型和德拜模型等);晶体中的电子问题(包括近自由电子模型,紧束缚近似,电子在电场和磁场中的运动,金属的电导理论等)。在完成固体物理学课程的学习后,需要掌握和运用这些知识理解和分析固体的性质。
教学参考书: CHARLES KITTEL著,项金钟、吴兴惠 译 《固体物理导论》(原著第八版) 化学工业出版社(2011); 黄昆,韩汝琦 《固体物理学》,高等教育出版社(1998)
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(1)掌握晶体的空间点阵,晶体基矢的表达,倒易点阵,晶面、晶向的概念以及正点阵和倒易点阵的关系。 掌握晶体的缺陷的基本知识,了解晶体结构的实验表征方法,例如衍射学方法(X射线衍射、电子衍射和中子衍射)。
(2)掌握晶体结合类型和结合性质。
(3)理解描述晶体振动的基本概念和知识。掌握晶体振动模式的色散关系,晶格振动的量子化、声子的概念。掌握如何理解固体热性质,理解爱因斯坦模型和德拜模型等模型演化的脉络。
(4)理解描述晶体中电子运动的原则和方法,掌握布洛赫波和布里渊区等概念,掌握近自由电子近似和紧束缚近似。理解能带结构的概念,并了解相关实验研究手段。
(5)掌握理解态密度,费米面等概念,理解金属中电子热容问题。
(6)理解金属、半导体、绝缘体,理解电子在外场中的运动问题。