固体物理-1绪论

阿伏伽德罗常数英国人吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》（区分电和磁）
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期
电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出经典电子论汤姆逊证明电子的存在爱因斯坦5篇论文道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子-分子论
气体分子运动论牛顿力学、电磁学、统计力学和量子力学的发展为近代固体物理的发展奠定了主要基础
阿伏伽德罗常数盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期
电和磁的研究是分离的伏达发明电堆安培定律
欧姆定律法拉第电磁感应电磁理论赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论汤姆逊证明电子的存在
爱因斯坦5篇论文
道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论1900年普朗克提出电磁波的能量必须以h ν为量子1905年爱因斯坦将普朗克的电磁波能量子的概念提升为光子，用光的波粒二象性解释了光电效应现象，终结了240年关于光的本质的争论1913年波尔根据卢瑟福提出的有核原子模型以及原子光谱规则，给出了原子内部电子的量子理论，1924年德布罗意把波粒二象性推广为所有微观基本粒子也都具备的特性1926年量子力学和量子统计由薛定谔、海森堡、泡利、量子力学
1611年开普勒提出固体结构的对称概念
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
他即兴写了一本书:《六角形的
雪》，通过对六角形雪花的观察，
他得出了对称的观念，并推想到雪
可能是由许多球体紧密堆积而成。

这本书可视为晶体学的开端
约翰尼斯·开普勒（行星定律的创立者）
（Johanns Ke-pler, 1571—1630），杰出的德国天文学家固体物理的早期发展
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部1611年开普勒提出固体结构的对称概念
1669年斯台诺（N. Steno, 1638-1686，地质学与地层学
之父），在观测各种矿物晶体时发现晶体的第一个定律
──晶面夹角守恒定律
丹麦学者斯台诺根据其在动植物生长方面的知识和对石英、赤铁矿这两种天然晶体形貌的研究，于1669年（Prodromus）提出了一个普遍关系，即无论晶面的大小和形状如何，晶体的两个相同的晶面之间夹角总是恒等的。

这一关系即著名的Steno's Law（面角守恒定律）“If a solid body is enclosed on all sides by another solid body, of the two bodies that one first became hard which, in the mutual contact, expresses on its own surface the properties of the other surface.”
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1611年开普勒提出固体结构的对称概念
1669年丹麦人斯登诺（N. Steno, 1638-1686），在观测各种矿物晶体时发现了晶体的第一个定律
──晶面夹角守恒定律
在此之后“晶体Crystal”（希腊语KRYSTALLOS，德语Kristall）一词开始用来指有固定的天然形状的固体19世纪几何晶体学发展起来:
晶体原子论——晶体的空间点阵是由化学原子组成的晶类、点阵、空间群….
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1912年根据劳厄(Max von Laue ，1879-1960)的预言，索末
菲研究组在实验中发现了美丽的衍射图样，一举证实了晶体的点阵结构和X 射线的波动性
Sommerfeld 1868～1951
Laue 1879-1960
Ｘ射线晶体学
1901
1901
Ｘ射线晶体学
当时没有一个科学家想到要把Ｘ射线和几何晶体学这两件几乎同
时出现的重大科学成就联系起来。

人们没有料到，在晶体学、物
理学和化学这三个不同学科领域的接合部，一个新的重大突破正
在酝酿之中……
X射线是电磁波还是粒子流？
1911年，劳厄详细研究了光波通过光栅的衍射理论；当劳厄发现Ｘ射线的波长和晶体中原子间距二者数量级相同之后，他产生了一个非常重要的思想：如果Ｘ射线确实是一种电磁波，如果晶体确实如几何晶体学所揭示的具有空间点阵结构，那么，正如可见光通过光栅时要发生衍射现象一样，Ｘ射线通过晶体时也将发生衍射现象，晶体可作为射线的天然的立体衍射光栅！
Ｘ射线晶体学
于是，索末菲研究组的弗里德里希和克尼平在1912年4月21日以五水合硫酸铜晶体为光栅进行了劳厄推测的衍射实验。

经过多次失败，终于得到了第一张Ｘ射线衍射图，初步证实了劳厄的预见，于1912年5月4日宣布他们实验成功。

“物理学最美的实验”——爱因斯坦
它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体结构的周期性
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1912年根据劳厄(Max von Laue ，1879-1960)的预言，索末
菲研究组在实验中发现了美丽的衍射图样，一举证实了晶体的点阵结构和X 射线的波动性
1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄(Max von Laue ，1879-1960),以表彰他发现了晶体的X 射线衍射
Sommerfeld 1868～1951
Laue 1879-1960
1913年布拉格父子根据小布拉格提出的公式和老布拉格的X射线波谱仪的实验结果，准确测定了晶格常数
和X 射线的波长
1915年诺贝尔物理学奖授
予布拉格父子。

在科学史
上是仅有的一例;小Bragg
获奖时年仅25岁,成为“
最年轻的获奖者”;从得
到成果到获奖所经时间之
短,在历史上也是不多见的。

Henry Bragg
1862－－1942
Lawrence Bragg
1890－－1971
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
固体物理的早期发展
1927年和1928年
美国的戴维逊和英国的G.P.汤姆逊研究组分别使用反射电子束和薄膜透射电子束发现了晶体的电子衍射花样实验验证了德布罗意关于微观粒子波粒二象性的假设
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1913年布拉格父子根据小布拉格提出的公式和拉平布拉格
的X 射线波谱仪的实验结果，准确测定了晶格常数和X 射线的波长Davisson,1881-1958
为此两人共获1937年的诺贝尔物理学奖
G. P. Thomson
1892～1975
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论
汤姆逊证明电子的存在道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论阿伏伽德罗常数爱因斯坦5篇论文1896年伦琴发现X 射线
1912年-晶体X 射线衍射1927年-实验观测到电子衍射
英国人吉尔伯特发表了
《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论
汤姆逊证明电子的存在道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论阿伏伽德罗常数爱因斯坦5篇论文1896年伦琴发现X 射线
1912年-晶体X 射线衍射1927年-实验观测到电子衍射晶体管（1947）
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固体物理是
电子科学技术的重要基础之一
•电子科学技术领域的应用
–微电子技术
•二极管、晶体管
•集成电路、微电子学
–光电子技术
•光存储(代替软盘、磁带)
•光纤通信(激光代替微波)
•固态照明(LED 代替电灯)•太阳能电池•以固体物理为基础，扩展为凝聚态物理学（研究凝聚态物质的物理学）
为电子科学技术提供源源不断的材料与物理基础最新发展：–纳米科技（量子点、纳米管、石墨烯）–超导材料
–液晶、有机半导体
–……
电子云原子
固体的结合晶格
周期性势场
非晶体
准晶体
晶格的振动
热特性
电子的运动电、磁、光特性
晶格的周期性
如何学习固体物理？
建立起认识物质世界的世界观
-物质世界是“测不准”的、非确定性的、量子化的, 建立起对微观世界的认识方法
-物质世界是相互联系的，学会找出不同条件下影响物质世界的因素，接受各种近似模型
-物质世界是相互作用的，建立起场与物质相互作用的概念
-对物质世界的认识是不断发展的，了解历史脉络，把握材料结构研究前沿
-了解本学科相关主要物质材料的结构、特性。