具体描述
固体物理学导论：从晶体结构到电子性质 作者： [此处可以虚构一位资深物理学家的名字，例如：李明] 出版社： [此处可以虚构一家权威学术出版社的名称，例如：清华大学出版社] ISBN： [此处可以虚构一个ISBN号] 页数： 约 650 页 定价： 180 元 --- 内容简介 《固体物理学导论：从晶体结构到电子性质》是一本全面而深入的教科书，旨在为物理学、材料科学、化学工程等相关专业的本科高年级学生和研究生提供坚实的固体物理学基础。本书的编写遵循循序渐进的原则，从宏观的晶体对称性入手，逐步深入到微观的量子力学描述及其在固体系统中的具体体现。本书的重点在于建立清晰的物理图像，并辅以严谨的数学推导，帮助读者理解凝聚态物质（特指传统的晶体材料）的宏观性质是如何由其微观结构和相互作用决定的。 本书结构清晰，内容涵盖了固体物理学的核心领域，包括晶体结构、晶格振动、电子能带理论、半导体物理、磁性以及超导电性等关键议题。全书共分为十二个章节，逻辑环环相扣，确保读者能够逐步构建起对固体系统认知的完整框架。 --- 详细章节概述 第一部分：晶体的几何与动力学基础 (第一至第四章) 第一章：晶体结构与对称性 本章从晶体学的基本概念出发，详细介绍了晶体的周期性、晶格、基矢、布拉维点阵等核心要素。重点阐述了描述晶体结构所必需的空间群理论和点群、空间群的分类与应用。通过对密堆积结构（如面心立方和六方最密堆积）的深入分析，读者将掌握如何利用晶体学工具解析和描述实际晶体的几何排列。本章强调了倒易空间的引入，为后续的衍射理论和能带计算奠定基础。 第二章：晶体衍射与倒易空间 本章专注于描述如何利用X射线、电子或中子衍射来确定晶体的具体结构。详细推导了劳厄方程和布拉格定律，并解释了实验中傅里叶变换在结构分析中的作用。倒易空间的概念被进一步深化，阐述了倒易点阵的物理意义，以及倒易空间中的布里渊区在理解电子波函数周期性中的核心地位。 第三章：晶格振动与声子 本章引入了描述晶格原子集体激发——声子的概念。首先从一维单原子链和双原子链的色散关系入手，推导出声子谱的特征，并区分了声学支和光学支。随后，将理论扩展到三维晶格，讨论了声子的密度和量子化概念。最后，重点分析了声子对固体热学性质（如比热容）的贡献，并介绍了德拜模型和布居模型在处理高温和低温限制下的局限性与优势。 第四章：晶格热学性质与热传导 本章基于声子理论，深入探讨了晶体中的热力学量，特别是晶格热容的精确计算。详细讨论了德拜T³定律的物理起源及其在极低温下的适用性。此外，本章还分析了热输运现象，包括热导率的微观起源，阐明了晶格缺陷和声子散射机制在限制热传导中的关键作用。 --- 第二部分：固体的电子理论 (第五至第八章) 第五章：电子的能带理论：布洛赫定理与晶格势场 这是全书的核心章节之一。本章从薛定谔方程在周期势场中的应用开始，系统推导了布洛赫定理（Bloch’s Theorem）及其对电子波函数形式的决定性影响。随后，通过克罗尼格-庞德（Kroneig-Penney）模型和紧束缚近似（Tight-Binding Approximation），直观地展示了电子在周期势场中能带结构是如何形成的，以及禁带的物理起源。 第六章：费米面与电子输运性质 本章聚焦于电子在充满电子的晶体中的行为，重点讨论了费米能级、费米面以及其在区分金属、半导体和绝缘体中的作用。通过维格纳-蒂林法（Wigner-Seitz Method）的近似，初步估计了金属的有效质量。本章还介绍了能带理论对解释金属电导率、霍尔效应等输运现象的解释力。 第七章：半导体物理基础 本章专门探讨了半导体材料的独特电子特性。详细分析了本征半导体的能带结构、载流子浓度（电子和空穴）的统计分布（麦克斯韦-玻尔兹曼分布与费米-狄拉克分布的联系）。随后，深入讨论了掺杂效应（施主与受主杂质），以及外加电场和磁场下半导体的导电特性。 第八章：晶体缺陷与电子结构修正 本章关注实际晶体中存在的各种晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对电子性质的影响。详细分析了空位、间隙原子、置换原子如何产生局域态，并讨论了这些局域态在半导体器件（如PN结）中扮演的关键角色。本章还简要提及了结构弛豫对能带边缘的影响。 --- 第三部分：电子的集体行为与新兴现象 (第九至十二章) 第九章：金属的磁性 本章系统地介绍了固体中磁性的物理起源。从经典磁性（顺磁性与抗磁性）的描述出发，过渡到量子力学框架下的描述。详细阐述了朗之万理论、居里-魏斯定律，并深入分析了维斯（Weiss）分子场理论在解释铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性方面的贡献。本章还讨论了磁畴结构及其对宏观磁滞现象的影响。 第十章：电动力学与磁性材料的耦合 本章探讨了电场、磁场与晶格动力学及电子运动之间的相互作用。讨论了电介质的宏观极化理论（洛伦兹局部场），并引入了铁电性这一重要的非中心对称晶体的现象。同时，本章将回顾并扩展了磁性材料中的磁畴壁运动和磁致伸缩效应。 第十一章：超导现象导论 本章介绍了超导电性这一宏观量子现象。从零电阻和迈斯纳效应的实验观测出发，阐释了超导体的两大基本特征。随后，本章将以BCS理论为核心，从微观角度解释了库珀对的形成机制，并推导了能隙（Gap）的意义。本章还简要触及了Ginzburg-Landau唯象理论的初步概念。 第十二章：固体物理学的展望与应用 本章旨在将前述理论知识与现代材料科学的前沿研究联系起来。讨论了固体物理学方法在分析非晶态固体、准晶体和低维材料（如二维材料中的电子行为）中的适用性与局限。总结了固体物理学在半导体器件、磁记录技术和能源材料开发中的基础性作用。 --- 本书特色 1. 物理图像优先： 强调对物理概念的直观理解，避免纯粹的数学堆砌。 2. 平衡理论与应用： 在严谨推导的同时，始终关注理论结果与实际实验观测（如衍射图谱、比热曲线、能带隙测量）之间的联系。 3. 习题丰富： 每章末尾配有大量难度分层的习题，包括计算题和概念阐述题，以巩固学习效果。 4. 适宜的深度： 难度适中，既能满足基础课程的要求，也能为后续深入学习凝聚态物理学（如更复杂的电子结构计算、拓扑物理）打下坚实的基础。 《固体物理学导论》是学生理解物质在原子尺度下复杂行为的必备参考书。 ---
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