固体物理导论
固体中学物理学导论
固体物理学导论第一章晶体结构1.1 原子的周期性阵列一个晶体的所有各面的方向指数都是精确的整数。
衍射实验决定性的证明了晶体是由原子或原子团的周期性阵列组成的。
在理想情况下，晶体是由全同的原子团在空间无限重复排列而构成的，这样的原子团被称为基元。
在数学上这些基元可以抽象为几何点，而这些点的集合被称为晶格。
原胞是体积最小的晶胞，初基基元是包含原子数目最少的基元。
1.2 晶格的基本类型晶格可以通过晶格平移或其它各种对称操作与其自身重合。
典型的对称操作是围绕一个通过格点的晶轴进行转动。
，，，与这些角度相对应的转动轴分别被称为一重、二重、三重、四重和六重轴，通常用符号1、2、3、4和6分别表示这些转动轴。
晶格平移矢量具有任意性，由此给出的一般性晶格通常被称为斜方晶格。
二维晶格的分类：有五种，即一种斜方晶格和四种特殊晶格。
布拉维晶格（Bravais lattice）是对某种具体晶格类型的统称，于是有五种二维布拉维晶格。
三维晶格的分类：有14种，即三斜晶格和13种特殊晶格。
为方便起见，通常按照七种惯用晶胞将这14种晶格划分为7种晶系，即三斜（1）、单斜（2）、正交（4）、四角（2）、立方（3）、三角（1）和六角晶系（1）。
立方晶系包括简单立方(sc)，体心立方(bcc)和面心立方(fcc)三种晶格。
1.3 晶面指数系统一个晶面的取向可以由这个晶面上的任意三个不共线的点确定。
晶体中某一方向的指数是指这样一组最小整数，这组最小整数间的比率等于该方向的一个矢量在轴上的诸分量的比率。
1.4 简单晶体结构氯化钠型结构：面心立方。
基元由一个钠离子和一个氯离子组成，每个原子有六个异类原子作为最近邻。
每一个单位立方体中有4个氯化钠基元。
氯化铯型结构：简单立方，基元由一个铯离子和一个氯离子组成，每个原子有八个异类原子作为最近邻。
每个原胞有1个分子。
六角密堆积型结构(hcp)：与面心立方结构的总体积被球占据的体积比率一样，都为0.74。
固体物理pdf
固体物理pdf
《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。
固体物理导论读书随笔
《固体物理导论》读书随笔1. 固体物理导论概述在开始阅读这本《固体物理导论》时，我被其深厚的理论底蕴和丰富的实践应用所吸引。
这本书作为固体物理学的入门教材，为初学者提供了一个全面、系统的学习框架，让我对固体物理学有了更加清晰的认识。
固体物理学是研究固体物质的物理性质和行为的一门科学，它不仅探究固体的微观结构，还研究固体中的电子行为、力学性质、热学性质等。
在现代科技领域，固体物理学的重要性日益凸显，因为固体材料的应用几乎无处不在，涉及到能源、电子、光学、磁学等多个领域。
这本书的导论部分详细介绍了固体的基本性质，包括晶格结构、晶体缺陷、相变等。
接着介绍了固体的电子理论，包括能带理论、费米能级等概念。
还介绍了固体的力学性质、热学性质以及电磁性质等。
这些内容构成了固体物理学的核心知识体系。
固体物理的研究方法涉及到实验和理论两个方面，实验方面主要包括各种物理性质的测量和表征，如X射线衍射、电子显微镜等。
理论方面则涉及到量子力学的应用，如波函数、量子力学方程等。
计算机模拟也成为现代固体物理研究的重要工具。
通过阅读《固体物理导论》的导论部分，我对固体物理学有了更深入的了解。
这本书为我揭示了固体物理学的奥秘，激发了我对这门学科的浓厚兴趣。
在接下来的学习中，我将继续深入探索固体的微观世界，理解固体的各种物理性质和行为。
通过不断学习和实践，我将能够更好地掌握固体物理学的基本原理和应用。
1.1 固体物理的定义与意义在量子力学和现代物理学的宏大舞台上，固体物理以其独特的魅力占据了重要的一席之地。
它不仅仅是对微观粒子在固态条件下的行为进行研究，更是探讨物质的基本组成、结构、性质以及演变规律的学科。
当我们谈论固体物理时，我们实际上是在探索物质世界的本质，以及在这些性质中体现出来的宏观现象。
固体的定义多种多样，但最基本的特征是具有固定的晶格结构和电子排布。
晶格结构为固体提供了稳定的几何外形，而电子排布则决定了物质的内在特性，如导电性、磁性等。
基泰尔. 固体物理导论. 参考文献
基泰尔. 固体物理导论. 参考文献一、概述1. 介绍固体物理学的重要性和研究对象2. 引出本文主要内容二、基泰尔固体物理导论概述1. 基泰尔的学术背景和成就2. 《固体物理导论》的出版历史和影响三、固体物理导论的主要内容1. 原子结构和晶体学1) 原子的结构和性质2) 晶体的分类和性质2. 晶格振动和声学性质1) 晶格振动的基本理论2) 固体中的声波传播3. 电子结构和导电性1) 原子的电子结构2) 固体中的电子行为与导电性4. 磁性与磁介质1) 磁性材料的分类与特性2) 磁介质的应用与研究5. 绝缘体和半导体1) 绝缘体与半导体的性质对比2) 半导体材料与器件的发展四、《固体物理导论》的学术贡献1. 对固体物理学的理论框架和实验研究的影响2. 在教学和科研领域的地位和价值五、结论1. 总结基泰尔的《固体物理导论》对固体物理学研究的重要性和影响2. 展望固体物理学领域的未来发展方向参考文献基泰尔. 固体物理导论. Springer-Verlag出版社. 1986.六、基泰尔固体物理导论概述基泰尔（Charles Kittel）是一位美国著名的物理学家，生于1916年。
他曾在伯克利加州大学任教并从事磁性物理学、凝聚态物理学等领域的研究工作。
基泰尔教授是固体物理学领域的权威专家，他在磁性、声子、电子结构等方面的研究成果丰硕，对固体物理学的发展做出了杰出贡献。
《固体物理导论》是基泰尔教授于1953年首次出版的著作，其后多次修订，成为固体物理学领域最为权威和经典的教材之一。
这部著作系统全面地介绍了固体物理学的基本理论和方法，对研究者和学习者有着重要的指导意义。
《固体物理导论》对于推动固体物理学的研究和教学有着深远的影响，被誉为固体物理学领域的“圣经”。
七、固体物理导论的主要内容1.原子结构和晶体学《固体物理导论》首先介绍了固体物理学的基本概念和原子结构的特点。
基泰尔教授深入浅出地阐述了原子结构的基本理论，包括原子核和电子的构成，以及原子的能级和轨道结构。
《固体物理导论》课程教学大纲(本科)
固体物理导论Introduction of Solid State physics课程代码：01410127学分：3学时：45（其中：课堂教学学时：45 实验学时：0 上机学时：0 课程实践学时:0 ）先修课程：热力学与统计物理、量子力学、大学数学、普通物理、理论力学适用专业：物理学(师范)教材：固体物理教程王矜奉编著山东大学出版社第8版一、课程性质与课程目标（一）课程性质固体物理学综合性强、涉及交叉学科多，是物理学专业的重要基础课程。
固体物理描述微观结构与宏观固态物质物理性质的关联，阐述半导体、磁学、电介质以及超导等专门内容。
物理学(师范)专业是培养物理学科师资力量的重要摇篮，对物理学的发展意义重大。
通过固体物理学的学习，物理学(师范)专业本科生可具有更为宽广的知识视野，能够用基本的物理概念和模型描述客观事物，处理各种实际问题，为日后从事物理教学、科研打好坚实基础。
（二）课程目标课程目标1：了解固体物理学发展的基本情况，以及固体物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用，了解当代固体物理学的前沿进展以及在整个物理学和相关学科中的重要地位，培养学生的科学素质和科学精神。
课程目标2：掌握固体物理学的基本概念和基本规律，培养掌握科学知识的方法。
课程目标3：能够近似处理、找出描述某种现象的物理本质，综合运用所学知识分析问题和解决问题。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点 1、2、5、6。
1.毕业要求1:掌握物理学科的基本理论、基本知识，掌握基本的物理实验方法和技能，具有一定的实验探究能力和创新能力；2.毕业要求2:掌握数学基本理论和知识，具有运用数学工具解决实际问题的基本能力；3.毕业要求5:了解物理学的前沿理论、应用前景及国际发展动态，以及物理学教学的新成果，具有一定的创造能力和自学能力；4.毕业要求6：掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。
固体物理学导论基特尔
衍射： 本质是一种同相干涉。
•
不使用电子波来探测的原因？？
2.1 布拉格反射定律
1.布拉格“反射”公式
1 2
衍射加强的条件：
1
2
2dh1h2h3 sin n
布拉格反射公式
d h1h2 h3
n为整数，称为衍射级数。
C A
B
2d· sinθ =nλ
2d n
2d
K h CA (h b1 h b 2 h b3 ) 1 2 3
B
A
a1
a2 0 h1 h2 a 2 a3 K h CB (h b1 h b 2 h b 3 ) 0 1 2 3 h2 h3
a1
所以 K h h1 b1 h2 b 2 h3 b 3 与晶面族(h1h2h3)正交。
布拉格方程的优缺点：
优点：布拉格方程 将晶体的原子排列(对应的点阵) 等
效于 一系列平行平面，从而从反射的角度，通过简单的 推导，直观地给出了晶体衍射可能出现的各个方向。
缺点：由上分析可知，布拉格方程体现的是晶体结构
中晶胞大小及形状的影响。但无具体考虑反映出晶胞 中原子的品种和位置对衍射的影响。
K n h1b1 h2 b2 h3 b3
2.与晶体中一族晶面相
相对应；
3.是真实空间中点的周 期性排列； 4.线度量纲为[长度]
对应；
3.是与真实空间相联系的 傅里叶空间中点的周期性 排列； 4.线度量纲为[长度]-1
已知晶体结构, 如何求其倒格呢？
晶体 结构 正格 基矢 倒格 基矢
b3
a3
b2
固体物理导论基泰尔
固体物理导论基泰尔
固体物理（基泰尔）导论是一门研究固体物质的基本性质和行为
的学科。
它涵盖了固体物质的结构、晶体学、物理性质以及与固体中
的电子和声子相关的现象。
该学科的目标是深入理解固体物理学的原则，并应用它们来解释和预测固体材料的行为。
固体物理导论基于基本定律和量子力学原理，探讨了原子和分子
如何在固体中组合成结晶结构，以及固体结构如何与其物理性质相互
关联。
在这门学科中，我们学习了晶体学的基本概念和方法，包括点
阵结构、晶胞和布拉伐格点。
我们还研究了晶体中的缺陷和扩散问题，以及固体中的晶格振动和声子特性。
固体物理导论还包括对固体中的电子行为的研究。
我们研究了固
体中的能带结构、导电性和磁性等现象，并探讨了电子在固体中的输
运性质。
我们还研究了金属、绝缘体和半导体等不同类型的固体以及
它们的性质。
固体物理导论基泰尔的一个重要应用领域是材料科学和工程。
通
过深入了解固体物理的原理，我们可以设计和合成具有特定性质的新
材料，并优化现有材料的性能。
例如，在电子器件和能源存储领域，
我们可以利用对固体中电子行为的理解来设计更高性能的材料。
总之，固体物理导论基泰尔是一门重要的学科，它研究了固体物
质的基本性质和行为，并为我们理解和应用材料科学提供了基础。
通
过学习固体物理导论，我们能够探索和理解固体世界中的奇妙现象，
并为解决现实世界中的问题做出贡献。
固体物理导论总结第二部分资料
电子枪发射稀疏到，任何时刻空间至多一个电子，但时间足够长后，量子力学的适用范围：量子力学的适用范围：判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数判定常数：h =6.626×10-34J.S ---普朗克常数hp x x ≥Δ⋅Δhp y y ≥Δ⋅Δhp z z ≥Δ⋅Δ体系的作用量= [长度] ×[动量]体系的作用量= [长度] ×[动量]= [时间] ×[能量]hE t ≥Δ⋅Δ= [角度] ×[角动量]体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。
体系的作用量与h 相比拟时，经典力学不再适用。
¾一个原子内部不可能同时有两个或两个以上的电子具有完全相同的量子数。
泡利不相容原理¾两个自旋相同的电子不可能同时占据同一个状态。
即：同一个状态上只能容纳两个自旋相反的电子lnlm ψlnlm ψ研究的历史发展：1900年，Drude和Lorrentz—金属的经典电子气理论——麦克斯韦—玻尔兹曼统计1928年，Sommerfeld—索末菲自由电子理论—费米—狄拉克统计量子自由电子理论三十年代初期，Bloch和Brilliouin—能带理论量子自由电子理论可作为一种零级近似纳入能带理论！特鲁德模型：①价电子→自由电子（组成电子气），离子实保持原子在自由状态时的构型；③电子气遵从麦克斯韦—玻尔兹曼统计(M -B )②自由电子之间的相互作用忽略不记；二、模型的成功可定性解释金属的电导、霍尔（Hall ）效应和热传导等问题！例如：证明了金属热导率除以电导率与绝对温度的积是一个与温度无关的普适常数（Lorentz 常数）κT σ1、模型2、边界条件3、薛定谔方程的解4、K 空间和能态密度5、费米—狄拉克（Fermi-Driac ）分布6、电子热容量量子力学建立后，索末菲将薛定谔方程应用于自由电子气体模型，建立了量子自由电子理论。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.举例磁性材料在日常生活中的应用（5种以上），并指出磁性应用在该器件
（或产品）的什么功能上。
答：1）录音磁带。
录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。
磁粉是用剩磁强的r－Fe2O3或CrO2细粉。
录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。
随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。
当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带并使它磁化。
由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。
磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。
放音时，将已录音的磁带以录音时同样的速度紧贴着放音磁头缝隙进。
磁头铁芯是用高导磁率铁氧体软磁材料制成的，它对磁通阻力很小。
因此，磁带上所录的音频剩磁通，容易通过磁头铁芯而形成回路。
磁带上的剩磁通在放音磁头线圈上感应出一个与剩磁通变化规律相同的感应电动势。
再经过放音放大器放大后，送去推动扬声器，磁带上所录下的音频信号便还原成原来的声音。
2）变压器。
变压器中的铁芯既是变压器的主磁路，又是骨架。
铁芯由三个铁芯柱、铁轭和夹紧部分组成。
套装绕组的部分为铁芯柱；连接铁芯柱形成闭合磁路的部分为铁轭；夹紧部件把铁芯柱和铁轭紧固成坚实的整体。
紧固部件通常为穿心螺栓，其在铁芯内与铁芯间是绝缘的。
为了减少涡流与瓷滞损失，铁芯采用高导磁率的硅钢片叠制而成。
3）计算机硬盘。
其中使用特殊的磁性材料，用来存储信息。
4）电冰箱。
电冰箱门的四周有一种带磁性的塑料，它是由磁性材料粉末和塑料混合制成的，当做磁性门封条，可以将电冰箱和金属门框吸在一起，有利于封闭和保温。
5）商品防盗系统检测器。
检测器中含有磁性材料，可以发出磁场，当未经过消磁处理的商品经过检测时，检测器周边磁场就会发生异常而产生报警信号。
6）发电机。
外力使转子转动，从而使相对运动的线圈中产生电流。
2.物质磁性的根本来源是什么？
答：物质的磁性来源于原子的磁性,原子具有磁矩.由于原子的结构不同所以各种原子的磁矩不同,有的可能为零. 原子的磁矩主要来源于电子(原子核的磁矩很少可以忽略)，电子的磁矩又分为轨道磁矩和自旋磁矩两部分。
3. 你怎样理解“楞次定律（Lenz‘s law）”？
答：1．内容：感应电流的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
2．四步理解楞次定律：
a．阻碍方向──感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量的变化。
b．阻碍什么──阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身。
c．如何阻碍──原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”。
d．阻碍结果──阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少。
3．理解楞次定律的另一种表述：
（1）表述内容：感应电流总是反抗产生它的那个原因。
（2）表现形式有四种：
a．阻碍原磁通量的变化；增反减同。
b．阻碍物体间的相对运动，有的人把它称为“来拒去留”。
c．增缩减扩，磁通量增大，面积有收缩的趋势，磁通量减小，面积有扩大的趋势。
d．阻碍原电流的变化（自感）。
4.简述自旋-轨道耦合产生磁矩的原因。
答：电子的自旋运动与电子围绕原子核的轨道运动，会产生的小磁场，它们都将产生一定的磁矩。
5. 什么叫“轨道磁冻结”？
答：电子的轨道角动量在某一方向上的分量不能稳定, 因而轨道角动量平均起来可能为零, 无法产生轨道磁矩, 对外无法表现出磁性, 这种情况我们称为: “轨道磁冻结”。
6. 简述铁族元素磁性的产生原因。
答：对于过渡族金属，原子的3d的状态与s态能量相差不大，因此它们的电子云也将重叠，引起s、d状态电子的再分配。
这种交换便产生一种交换能Eex(与交换积分有关)，此交换能有可能使相邻原子内d层末抵消的自旋磁矩同向排列起来。
量子力学计算表明，当磁性物质内部相邻原子的电子交换积分为正时(A＞0)，相邻原子磁矩将同向平行排列，从而实现自发磁化。
这就是铁族磁性产生的原因。
7. 请绘出铁元素核外电子的分布情况（考虑自旋状态）。
答：A. 铁原子有26个电子,它们在各壳层的填充方式(组态)为
1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d6,4s2其中未填满的次壳层是d层,.
B. d 层5个不同方向的轨道, 每个轨道上可容纳自旋一正一反两个电子,
所以d 可以容纳10个电子, 而现在只填了6个电子,而在填充时,先在
5个轨道上分别填上一个电子,它们的自自旋磁矩是互相平行(主样能
量最低) 然后再填充其余的电子, 其自旋方向与先填的5个电子相反,
所以铁原子3d 层上的6个电子应该是这样分布的
→→→→→
←
8. 请绘出钴离子（Co4+）核外电子分布（考虑自旋分布状态）。
答：1s2 2s2 2p6 3s23p63d5
（Co4+）：未抵消电子数5个
→→→→→
9. 你认为电子自旋的磁矩形成原因是什么?
答：磁矩产生的根本原因是存在磁场，而电子自旋会产生一个微小的磁场，磁场的产生是电子自旋的磁矩形成的原因。
10. 举例：磁性材料在医疗中起到的作用。
答：众所周知“人体具有生物磁场”。
人体的每一个细胞都是一个磁微单元。
因此外界磁场的变化都会影响人体的生理机能，这种变化通过神经，体液系统发生电荷、电位、分子结构、生化和生理功能的改变，从而调整人体的生理功能。
基于这种原理，发明了用磁性功能纤维织造出的保健产品来达到调整人体机能和提高抗病能力，起到医疗保健作用的。
11. 举例：纳米工艺在医疗中起到的作用。
答：纳米材料在医学中还可用来分离细胞、进行细胞内部染色、介入性诊疗、作为基因载体进行基因治疗，利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，也可以用来检测药物对病毒的作用效果，利用纳米颗粒追踪病毒。
纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工牙齿以及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。