固体物理
固体物理课程
固体物理课程固体物理是物理学的一个重要分支，研究物质的宏观和微观结构，以及物质在不同条件下的性质和行为。
固体物理课程是物理学专业的一门核心课程，对于理解物质的基本性质和物质在实际应用中的表现具有重要意义。
固体物理课程首先介绍了固体的基本概念和特性。
固体是具有一定形状和体积的物质，其分子或原子之间存在着密切的相互作用力，使得固体具有较高的密度和较低的可压缩性。
固体物理研究的对象包括晶体、非晶体、液晶等不同类型的固体材料，以及固体材料的结构、性质和行为等方面。
固体物理课程还探讨了固体的结构和晶体学。
固体的结构是指固体中原子或分子的排列方式，晶体学则是研究晶体的结构和性质的科学。
固体物理课程通过介绍晶体的点阵、晶格常数、晶体缺陷等概念，帮助学生理解晶体的基本结构和性质，并学习如何通过X射线衍射等实验手段来确定晶体结构。
固体物理课程还涉及了固体的热学性质和热传导。
固体材料的热学性质包括热容、热导率等，这些性质与固体材料的结构和组成有密切的关系。
热传导是指固体内部热能的传递过程，固体物理课程通过介绍热传导的基本原理和数学模型，帮助学生理解热传导过程，并学习如何计算和控制热传导。
固体物理课程还包括了固体的电学性质和磁学性质。
固体材料的电学性质包括电导率、电介质常数等，而固体材料的磁学性质则包括磁化强度、磁导率等。
固体物理课程通过介绍电场和磁场对固体材料的影响，帮助学生理解固体的电磁响应和磁化过程，并学习如何应用电磁理论解释和控制固体材料的性质和行为。
固体物理课程还涉及了固体的声学性质和光学性质。
固体材料的声学性质包括声速、声衰减等，而固体材料的光学性质则包括折射率、吸收系数等。
固体物理课程通过介绍声波和光波在固体中的传播和衍射规律，帮助学生理解固体的声光效应，并学习如何应用声光技术实现固体材料的探测和应用。
固体物理课程的学习不仅要求学生掌握固体物理的基本概念和理论，还要求学生具备实验技能和数据处理能力。
固体物理实验包括晶体结构分析、热传导测量、电磁性质测试等，学生需要通过实验操作来加深对固体物理理论的理解和掌握。
固体物理学的基础知识
固体物理学的基础知识固体物理学是物理学的一个重要分支，研究物质固态状态的性质和行为。
在这篇文章中，我们将介绍一些固体物理学的基础知识，包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
一、晶体结构晶体是指由周期性排列的原子、离子或分子组成的物质。
晶体结构描述了这些粒子在空间中的排列方式。
最基本的晶体结构是简单立方、面心立方和体心立方。
简单立方是最简单的结构，每个原子与其六个相邻原子相接触；面心立方在每个立方的面心上添加了一个原子；体心立方在每个简单立方的中心添加了一个原子。
除了这些基本结构，还存在许多复杂的晶体结构，如钻石和蓝宝石。
二、晶格常数晶格常数是描述晶体结构的一个重要参数。
它表示晶体中相邻原子之间的距离。
晶格常数可以通过实验或计算得到。
对于简单立方结构来说，晶格常数就是原子间距离；对于面心立方和体心立方结构，晶格常数与原子间距离有特定的关系。
三、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体结构中的一些缺陷或杂质。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和替位原子；线缺陷包括位错和螺旋位错；面缺陷包括晶界和界面。
晶体缺陷对晶体的性质有重要影响，如电导率、热导率和光学性质等。
四、固体力学性质固体力学性质描述了固体对外界力的响应和变形行为。
其中最基本的性质是弹性模量。
弹性模量分为压缩模量、剪切模量和杨氏模量，它们分别描述了固体对压力、剪切力和应力的响应。
除了弹性模量，还有塑性、断裂和疲劳等力学性质值得研究。
结论固体物理学的基础知识包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
通过对这些知识的研究，我们可以更深入地理解固体的性质和行为，为材料科学和工程技术的发展做出贡献。
希望本文对你对固体物理学的学习有所帮助。
参考文献：[1] Ashcroft N W, Mermin N D. Solid State Physics. Cengage Learning, 1976.[2] Kittel C. Introduction to Solid State Physics. John Wiley & Sons, 2005.[3] Rao C N R, Rao C N R, Omar Syed Ismail. Angular Momentum in Quantum Physics: Theory and Application. World Scientific, 2014.。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究自然界基本规律和物质运动规律的学科。
固体物理和半导体物理是物理学中两个重要的分支。
固体物理主要研究固态物质的性质、结构、形态和变化规律，包括晶体、非晶体、玻璃等物质的物理特性；而半导体物理则涉及半导体物理特性、器件设计与制造等方面。
一、固体物理固态物理是物理学中重要的研究分支，该分支主要研究固体物质的晶体结构和缺陷结构、热力学性质、运动学和电学性质、光学性质、磁学性质等基本性质以及与此相关的各种现象和方法。
在固态物理学中，晶体学是研究晶体结构的基础，这就是通过选择和分析非常具有代表性的结构来发现这种固体的晶化规律和晶格参数。
此外，固态物理涉及的另一个重要研究方向就是非晶体和玻璃等非晶态物质。
在非晶态物质的研究中，主要包括非晶体的结构参数、非晶体的性质和非晶体的制备等方面的基础的研究。
固体物理学不仅是物理学中的一个重要分支，还与许多其他领域如材料学、化学、地球物理学、凝聚态物理、生物学等有关。
此外，固态物理学可能有许多应用，如发电机、高速计算机、石墨烯等领域。
二、半导体物理半导体物理是现代半导体器件技术的理论基础。
半导体物理的研究对象是半导体及其器件，主要包括半导体物理特性、半导体器件设计与制造等方面。
许多现代电子器件，如半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池、LED等都是以半导体为基础制作的。
半导体物理中常用的理论工具是量子力学和固体物理学。
根据这些理论，在半导体材料中模拟、解释了许多基本物理现象，如PN结、金属-半导体接触、晶格缺陷等。
半导体器件制造中，半导体材料的热力学，量子理论、固体物理以及表面化学等方面都需要深入研究。
半导体物理研究的应用方面也非常广泛。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体在电子、通讯、计算机、光学、生物医学、环境科学等领域的应用也越来越广泛，如手机、平板电脑、电子手表、汽车电子系统等。
三、固体物理和半导体物理的关系固体物理和半导体物理都是物理学中的重要分支，两者之间有着密切的联系和交叉。
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《固体物理导论》
摘要：本文介绍了固体物理的基本概念、原理和应用。
通过对固
体物理学的探讨，读者可以了解到固体的结构、性质以及固体在电学、热学和光学等领域的应用。
第一部分：固体的基本结构与性质
1. 固体的分类与特点
2. 晶体结构与晶格
3. 晶体缺陷与固体缺陷的性质和影响
4. 固体中的电子行为：导体、绝缘体和半导体的基本概念
5. 固体中的振动：声子和声子的产生、传播与吸收
第二部分：固体物理的应用
1. 固体的热学性质及其应用：热导率、热膨胀等
2. 固体的电学性质及其应用：导体、绝缘体和半导体的应用
3. 固体的光学性质及其应用：折射、吸收和反射等基本原理
第三部分：现代固体物理的发展与前沿
1. 低维固体物理：纳米材料和薄膜的研究进展
2. 新型材料的发现与应用：石墨烯、拓扑绝缘体等
3. 固体物理与纳米电子学、光电子学的交叉研究
结论：固体物理作为一门重要的物理学科，不仅有助于我们理解
固体的性质和行为，还为现代技术的发展提供了重要的理论支持。
希
望通过本文的介绍，读者能够对固体物理有一个全面的了解，为深入
研究和应用固体物理奠定基础。
关键词：固体物理、晶体结构、电学性质、热学性质、光学性质、纳米材料、新型材料、纳米电子学、光电子学。
固体物理第一章1
晶格物理性质周期性（平移对称性）：
Γ (x+na) = Γ (x)
上式表示原胞中任一处x的物理性质，同另一原胞相应处的物 理性质相同。
原子
一维的喇菲格子
例：一维复式格子
定义：晶格中含有n(n≥2)类原子，其周围情况不一样，它们组成一维无
限周期性点列，周期为a。 原胞：长为a的一根直线段，一类原子在其两端点，其余原子在线段上。 每个原胞含n个原子。 周期性： Γ (x+na) = Γ (x)
晶体分单晶体和多晶体
单晶体( Single Crystal ) 原子排列的周期性是在整个固体内部存在的；无限大的严格的单 晶体可以看成是完美晶体。 多晶体( Multiple Crystal ) 由很多不同取向的单晶体的晶粒组成的固体；仅在各晶粒内原子 才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。
单晶体是个凸多面体，围成这个凸多面体的面是光滑的，称 为晶面。 晶面的大小和形状受晶体生长条件的影响，它们不是晶体品 种的特征因素。
1 a 1 ( a b c ) 2 1 a 2 (a b c ) 2 1 a 3 (a b c ) 2
a a1 ( i j k) 2 a a 2 (i - j k) 2 a a 3 (i j k) 2
四、各向异性
晶带：单晶体的晶面排列成带状，晶面的交线（称为晶棱）互相平行， 这些晶面的组合称为晶带。晶棱的方向称为带轴。 晶轴：重要的带轴，互相平行的晶棱（晶面的交线）的共同方向。
各向异性： 晶体的物理性质，常随方向不同而有量的 差异，晶体所具有的这种性质——各向异性。
如介电常数、压电常数、弹性常数等。
固体物理
第一章晶体结构⏹布拉菲点阵概念⏹惯用晶胞（单胞）概念⏹初基晶胞（原胞）概念⏹Wigner-Seize晶胞⏹晶体结构基元+点阵=晶体结构⏹简单的晶体结构（1）sc，bcc，fcc结构的特征（2）金刚石结构（3）六角密堆积结构（4）NaCl结构（5）CsCl结构⏹晶列, 晶向, 晶面, 晶面族, 晶面指数, 密勒指数, 晶面间距晶面指数（hkl)的定义和求法方向指数[abc]的定义和求法⏹对称操作⏹7种晶系和14种布拉菲点阵1以堆积模型计算由同种原子构成的同体积的简立方和面心立方晶体中的原子数之比。
2证明立方晶系的晶列[hkl]与晶面族(hkl)正交3某元素晶体的结构为体心立方布拉菲格子，试指出其格点面密度最大的晶面系的密勒指数，并求出该晶面系相邻晶面的面间距4在立方晶胞中画出（122），（001），（10），（210）晶面和[122]5晶体中可以独立存在的8种对称元素是：、、、、、、、。
⏹布拉格定理⏹倒易点阵初基矢量公式⏹布里渊区的求法（二维正方格子和长方格子）⏹实验衍射方法（劳厄法、转动晶体法和粉末法）⏹倒易点阵矢量和晶面指数间的关系1考虑晶体中一组互相平行的点阵平面（hkl），（a）证明倒易点阵矢量G（hkl）=hb1+kb2+lb3垂直于这组平面（hkl）；（b）证明两个相邻的点阵平面间的距离d（hkl）为2从体心立方铁的（110）平面来的X-射线反射的布喇格角为22º，X-射线波长λ=1.54Å。
试计算铁的立方晶胞边长；(b）从体心立方结构铁的(111)平面来的反射的布喇格角是多少？答案：a）a=2.91Å；b）θ=27.28º3对于点阵常数为a的二维六角点阵，（a）写出正点阵的初基矢量；（b ）计算倒易点阵的初基矢量；（c ）画出第一、第二、第三布里渊区；（d ）计算第一布里渊区的体积。
4半导体材料Si 和Ge 单晶的晶体点阵类型为 ，倒易点阵类型为 ，第一布里渊区的形状为 ，每个 原子的最近邻原子数为 。
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C H 1、2 晶体结构 原子的周期性排列:• 晶体的定义和表示晶体：具有一定熔点的固体称为晶体，晶体可以看成由相同的格点在三维空间做周期性无限分布所构成的的系统，这些格点的总和称为点阵，晶体的内部结构可以用空间点阵描述晶格、格点和基元晶体结构：晶体结构=点阵+基元 晶格晶体中微粒重心，周期性的排列所组成的骨架，称为晶格格点：微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）基元：在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元元胞：初基元胞（固体物理学元胞）和非初基元胞（结晶学元胞）固体物理学元胞 ：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元胞结晶学元胞 ：体积通常较固体物理学元胞大为了反映周期性的同时，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，这种重复单元称为结晶学元胞（布拉维原胞）简称晶胞简单晶格（布拉菲晶格）：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。
复式晶格（非布拉菲晶格）：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。
晶格的基本类型二维晶格 :三维晶格:7 大晶系：三斜、单斜、正交、三方、四方、六方、立方（简单立方、体心立方、面心立方） 14种布拉菲元胞晶面和晶向的标定Miller 指数: 如何确定 Miller 指数在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数 设某一晶面在基矢a 、b 、c 的方向的截距为ra ，sb ， tc ，将系数r ，s ，t 的倒数1/r ，1/s ，1/t 约化为互质的整数h ，k ，l 即h:k:l=1/r ：1/s ：1/t 并用圆括号写成（hkl ）,即为晶面指数，也称米勒指数简单的晶体结构sc, bcc, fcc, hcp, diamond and zinc sulfide简立方：原子位于边长为a 的8个顶角上这种布拉维晶胞只包含一个原子a1=ai a2=aj a3=ak V=a^3面心立方：4个格点。
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1.按照固体的材料和原子排列的规划程度来划分，晶体，非晶体，准晶体。
2.晶体特点；长程有序性，各向异性。
3.具有六角密排格晶体；Be Mg In Ca4．配位数；一个原子周围最近邻的原子。
5．基元；每个粒子都是在空间重复排列的最小单元。
6.晶格共同特点；周期性。
可以用原胞和基矢描述。
7.对于一个空间点所，基矢的选择不是唯一的。
可以有多种不同的选择方式。
判8.原胞；一个晶格中最小重复单元。
9.晶胞；为了反映晶格的对称性，常反最小重复单元的几倍作为重复单元。
10.基矢和原胞的选择不是唯一的。
【选择|||判断】11.简单晶格必须由同种原子组成，反之，由同种原子组成的晶格却不一定是简单晶格【判断】12复试晶格；具有六角密排晶格结构的Be Mg Zn具有金刚石晶格结构的C Si Ge13.晶格的特点；1.一族平行晶列把所有点包括无遗。
2在一平面中。
同族的相邻晶列之间的距离相【选择】3通过一格点可以有无限多个晶列。
其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。
4有无限多族平行晶列。
14标志晶向的数称为晶向指数。
15用晶向指数标志一族晶列方向。
晶向指数越简单越重安。
16 1个不同的晶向【100】2面对交线晶向共有12个【110】3体对角线晶向共有8个【111】17.晶向特点；晶格中有无限多族平行晶面【判断】18密勒指数:(h h h)----标志晶面的方向19简单立方晶格维格纳----塞茨原胞为立方体面心立方晶格维格纳----塞茨原胞为正十二面体体心立方晶格维格纳----塞茨原胞为十四面体20晶胞的体积：V=|ā1×(ā2×ā3)|.例格子原胞体形：V* =|b1(b2×b3)|.原胞体形之间的关系V*=(2π) ³/v21例格子的位失的方位就是正格子中某一组晶面的法向。
22例易点阵与正点阵的关系：āi×b j=2πd ij=①2π(i=j)②0(i≠j).(i,j=1.2.3)23介电常数￡为一个二阶张量24晶体的宏观对称只可能有下列几种：1，2，3，4，6；1，2，3，4，6不可能有5重轴.7重轴…等对称素。
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1。
晶体结构中，常见的考题是正格子和倒格子之间的相互关系，
布里渊区的特点及边界方程，原胞和晶胞的区别，晶面指数和晶向指数，面间距的计算，比如面心立方的倒格子是体心立方，算
晶体结构中a/c，求米勒指数，以及表面驰豫和重构等等，
拔高一点的话，可以考二维或三维的对称性操作，叫你写出点群，
空间群甚至磁群。
也可以考原子形状因子和几何结构因子。
要特别注意x射线衍射得到的是倒空间中的照片。
再拔高一点，可以考你准长程序的作用范围。
让你求
径向分布函数，回答测量非晶的实验方法，以及准晶
和非晶的问题（penrose堆砌等，一般是定性的问答题）
2。
固体的结合是主要做化学键和弱的非键电磁相互作用
（注意不是弱相互作用！！）的计算，注意马德隆能的计算
和晶体结构中计算次序的画法，然后要牢记born-mayer势
和lenard-johns势等。
并用它来计算一些物理量如分子间的
平衡位置，分子间力和弹性模量甚至摩擦力等，并不容易。
3。
晶格动力学和晶格热力学是晶格理论的核心和灵魂。
求解一维单原子链最简单。
一般考试时会让我们算质量不一样，
或弹性系数不一样，或两者都不一样的一维双原子链，还会要
我们回答声学波和光学波的特点，并让我们做色散关系的图的。
拔高一点的话，可以出带电荷的一维双原子链，以及二三维
和多原子链的情形，不过考的可能性不是太大，如果两节课
算不完的话。
双原子链可以退化为单原子链，这个很基本，几乎必考。
晶格振动谱有一本专著，就叫《晶格振动光谱学》，高教出的。
声子的正过程和倒逆过程是德文，这个记不住就对不住观众了，
一般会问他们之间的差别，那个过程对热导没有贡献。
计算晶体热容时，重点掌握debye模型和einstein模型，后者
最基本，前者考试考得最多。
用德拜模型算态密度，零点能，
比热，声速以及其高低温极限是必考内容，注意死背debye积分
（由Reman积分和Zeta积分构成），一定要记得结果。
热膨胀是非线性作用的后果，会计算格林爱森常数。
4。
晶体中的缺陷理论也很重要。
缺陷的分类，0，1，2维缺陷的实例；
小角晶界与刃位错，晶体生长与螺位错
之间的关系需要熟练掌握。
可能还要掌握
伯格斯矢量，伯格斯定理和位错，
位错线的画法。
这都是很基本的内容。
一般认为，扩散的主导因素是填隙原子。
扩散的分类和扩散方程的求解，可能会结合
点缺陷的寿命来出题。
有时也可能考考色心,主要是F心，画图或问答题。
以上讲的是晶格理论。
一般认为
固体物理可以分为晶格理论（含理想晶格理论，
晶格结构，晶格动力学，晶格热力学以及
实际晶格理论），电子理论（能带理论及在此基础上的
对磁场电场中电子运动的半经典解释以及金属中的自由电子气
含经典电子气和量子电子气和功函数，接触电势等），
晶格与电子的相互作用（输运理论）和固体物理分论
（半导体物理，磁学物理，超导物理，非线性光学等，注意金属物理不是
一个分支，而是最初的材料物理，凝聚态物理或固体物理，晶体理论的别名）
以上四大部分就构成了固体物理的骨架。
5。
bloch定理的证明和一维，二维，三维电子气的态密度是最基本的，
注意不要弄混电子和声子的态密度。
一般主要考紧束缚近似
和近自由电子近似。
注意会看简约区，扩展区和周期区的图象，
会用这两种近似计算能带宽度，电子的有效质量和准经典运动，
恒场下电子所受的力及电子运动速度等。
会用简并微扰算近自由电子近似
近似下的能隙，以及费米球的半径，费米球的表面在哪一个布里渊区。
6。
导体，半导体和绝缘体的能带论解释必考，要是能结合威尔逊绝缘体相变
的成因适当发挥（适当！绝对不要让老师以为你不懂装懂！！）估计会更好。
泡利顺磁性和朗道抗磁性必考。
朗道能级可能会考，电导率和磁化率的
德哈斯-范阿尔芬效应一般不会考解析解，只会定性问问简答题。
7。
会计算晶格热容和电子热容，有时还会要我们求出它们相等时的温度。
功函数和热电子发射这一节，要求会推导理查逊-杜师曼公式。
会做驰豫时间近似，会推导波尔兹曼方程，注意电导率的推导必考！！！
知道晶格散射，热振动和晶格中的缺陷对电阻的贡献，
了解波尔兹曼方程的局限性和久保公式。
着重了解电子定域化时的
莫特转变，安德森转变和派瑞斯转变。
8。
后面的7，8，9，10，11章每一章都是一个学科，与1966年版相比，
还删去了固体的介电性质的一章，电介质物理其实也很重要。
可能会考Lst关系，讨论介电函数的变化。
可能会考半导体的二极管，三机关和场效应管的工作原理，
并计算不同半导体的载流子浓度。
可能会考海森堡模型和巡游电子模型的问答题，不大会求解析解。
可能会考超导体的热力学性质和电磁性质，超导相变的分类，
bcs理论以及约瑟夫森效应和伦敦穿透深度的半定量解释。
固体物理的先导课通常包括热力学和统计物理学，简化版称为热统
化学系的高执棣, 郭国霖编著统计热力学导论，张翊凤的化学热力学例题习题；
以及物理系的王竹溪，龚昌德，汪志诚，熊吟涛，张启仁，电子系的薛增泉等
都有自己写的我特别瞻仰的好讲义，教材。
国外有kittle的热学，
据说，kersen Huang的统计力学是为Caltech化学系的同学们量身定做的？！
我觉得讲得好难啊！当然landau照例也有他自己编的统计力学，否则就不叫landau了。
除阎守胜老师写过固体物理外，清华顾秉林，复旦方俊鑫，陆栋，蒋平，都有自己的
固体物理教材，山东大学王矜奉老师的固体物理教程及思考题集解答详细，应试最好。
此外老前辈程开甲先生，谢希德先生也都有自己的固体物理教材。
国外，charles Kittle的Introduction to solid state physics，据说
已经出到第八版了，畅销半个世纪。
此外Manchester物理学教程中间的hall的solid sta te physics也是本老教材。
固体物理的后续课通常包括量子统计物理学，例如patharia的，
固体理论，例如李正中和callway的，以及各分支学科的
如半导体物理学，电介质物理，磁学物理，超导物理，表面物理，介观物理，低温物理，激光物理，非线性光学等，
键入关键词，可以在网上搜出一大批教材，不一一列举了。
我们当时学《功能材料物理》时，用的教材是
1。
冯端等《材料科学导论——融贯的论述》，化工出版社
2。
哈工大版《功能材料概论》
3。
贡长生，张克立等《新型功能材料》
我选择的题目是介绍梯度功能材料。
希望我的经历公开出来，能够帮助大家学的更好一点。
书山有路，学无止境；欢迎大家跟我联系，说错了的地方。
和得罪冒犯大家了的地方，请大家多多包涵呀。
祝愿大家好好复习，全都考好。