《固体物理学》教学大纲

《固体物理学》教学大纲 学 分： 4 学 时： 72 审 核 人： 执 笔 人： 面向专业： 物理学 一、课程定位 教学对象：物理专业本科生 课程类型：理论物理方向必修课 二、教学目标 掌握晶体结构、声子、自由电子和能带理论等固体物理的基本理论，作为凝 聚态物理学、现代材料科学和微电子技术的理论基础。 三、教学内容及要求 大纲基本内容可在规定的 72 学时内完成。各章所注学时前一个数字为讲授课时 数后一个数字为习题课、讨论课学时数，各节所附数字为讲授时数。 绪论 (1) 1 ．什么是固体物理学? 2 ．固体的分类 3 ．固体物理所属的学科领域和目前的一些研究方向 4 ．课程体系简述 第一章 晶体结构 (15+3) 1 ．1 晶体的宏观特征和晶体结构的周期性 3 1 ．1 ．1 晶体的宏观特征 自范性、晶面角守恒、解理性、各向异性和对称性、均匀性、最低内能和固定熔 点 1 ．1 ．2 空间点阵 基元、结点、点阵和布喇菲格子、晶体结构的周期性表示式、固体物理学原胞和 结晶学元胞、简单格子和复式格子、基矢和格矢、晶格基矢举例、几种常见的复 式格子简介 1．2 晶向和晶面 2 1．2 ．1 晶向和晶向指数 晶列和晶列族、晶向和晶向指数 1．2 ．2 晶面和晶面指数 晶面和晶面族、晶面指数 1．2 ．3 与晶列和晶面有关的其它一些概念 等效晶向和等效晶面、晶棱、晶带、带轴和晶轴 1．2 ．4 结晶学原胞参考系的特点 1．3 倒格子 2 1．3 ．1 倒格子的引入一 X 射线衍射引入法 1．3 ．2 倒格子基矢及其与正格子基矢的关系 1．3 ．3 倒格子的性质 1．3 ．4 倒格子的物理意义 1．4 晶体的对称操作 2 1．4 ．1 对称操作和对称类型 1．4 ．2 对称操作的符号表示和简单描述 1．4 ．3 八种独立的对称操作 1．4 ．4 三类基本对称操作的矩阵表示 1．5 晶系与布拉菲原胞 1 七大晶系与十四种布喇菲晶胞 立方体和四面体的对称操作 二维点阵的类型和特点 1．6 密堆积，配位数 l 1．7 晶体衍射 4 1．7 ．1 晶体衍射简介 晶体结构测定的一般步骤、用于晶体衍射的辐射、劳厄方程、从劳厄方程得 到布拉格反射条件 1．7 ．2 反射球，晶体衍射的主要方法 1．7 ．3 原子散射因子，几何结构因子 原子散射因子，几何结构因子的定义和推导、衍射加强和消光的条件、体心 立方面心立方和金刚石结构等的衍射消光条件、 利用布拉格反射条件和测出的谱 线的布拉格角，求晶胞的边长。 第二章 晶体的结合 (6+1) 2 ．1 晶体的结合类型 1 2 ．1 ．1 原子中的电子与库仑力 2 ．1 ．2 晶体结合的类型 2 ．1 3晶体结合论述中常见的几个概念 2 ．2 结合力的一般性质 1 2 ．3 非极性分子晶体结合能 2 2 ．4 离子晶体结合能 1 ．5 2 ．5 离子半径和元素的电负性 O ．5 第三章 晶格振动和晶体的热学性质 (10+2) 3 ．1 一维原子链的振动 4 3 ．1 ．1 一维单原子链的振动 3 ．1 ．2 一维双原子链的振动 3 ．1 ．3 周期性边界条件 3 ．2 晶格振动量子化、声子 2 3 ．3 固体比热 2 3 ．3 ．1 一般理论 3. 3．2 爱因斯坦模型 3 ．3 ．3 德拜模型 3 ．4 非简谐效应 1 5 3 ．4 ．1 晶格自由能和状态方程 3 ．4 ．2 热膨胀 3 ．4 ．3 热传导 3 ．5 晶格振动的实验验证 O ．5 第四章 晶体的缺陷 (8+1) 4 ．1 晶体结构缺陷的种类 2 4 ．1 ．1 点缺陷 4 ．1 ．2 线缺陷 4 ．1 ．3 其它缺陷类型 4 ．2 热缺陷书数目的统计计算 1 ．5 4 ．3 晶体中的扩散定律 1．5 4 ．4 扩散的微观机制 1 4 ．5 离子晶体的点缺陷及导电性 l 4 ．6 热缺陷在外力作用下的运动 0. 5 4 ．7 位错的滑移 O．5 第五章 固体电子论及其应用 5 ．1 电子气的能量 1 5 ．2 电子气的费米能 4 5 ．3 电子气的比热 1 5 ．4 金属的电导率，热导率和霍尔效应 2 5 ．5 功函数和接触电势 2 第六章 固体能带论 (16+3) 6 ．1 布洛赫定理 2 6 ．2 克龙尼克一潘纳模型 2 6 ．3 近自由电子模型及结果 6 6 ．3 ．1 非简并微扰法 6 ．3 ．2 简并微扰法 6 ．3 ．3 布里渊区 6 ．4 紧束缚近似 2 6 ．5 电子在晶体中速度、加速度和有效质量 2 6 ．6 导体、绝缘体和半导体的区别，空穴概念 2 四、考核方式、方法 闭卷考试，平时成绩 30%，卷面成绩 70%。 五、主要参考书 1 ．黄昆原著韩汝奇改编《固体物理学》 ，高等教育出版社，1988。 2 ．Charies Kittel， Introduction to Solid State Physics， John Wiley＆S0ns， Inc. 1986； 中译本， c ． 基泰尔著， 杨顺华等译， 固体物理导论． 科 学出版社，1979。 3 ．苟清泉， 《固体物理学导论》 ，人民教育出版社，1978。 4 ．阎守胜编著， 《固体物理学》 ，北京大学出版社，2000。