Solid State Theory

Solid State Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Ulrich Rössler
出品人:
页数:345
译者:
出版时间:2004-10-05
价格:USD 145.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783540222446
丛书系列:
图书标签:
  • SolidStatePhysics
  • 固体物理
  • 凝聚态物理
  • 固体理论
  • 晶体结构
  • 能带理论
  • 半导体物理
  • 材料物理
  • 量子力学
  • 物理学
  • 电子结构
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具体描述

Solid-State Theory - An Introduction is a textbook for graduate students of physics and material sciences. Whilst covering the traditional topics of older textbooks, it also takes up new developments in theoretical concepts and materials that are connected with such breakthroughs as the quantum-Hall effects, the high-Tc superconductors, and the low-dimensional systems realized in solids. Thus besides providing the fundamental concepts to describe the physics of the electrons and ions comprising the solid, including their interactions, the book casts a bridge to the experimental facts and gives the reader an excellent insight into current research fields. A compilation of problems makes the book especially valuable to both students and teachers.

《固体物理》 本书旨在深入探讨物质世界最基本、最广泛存在的形态之一——固体的内在规律与物理性质。我们将从微观的晶体结构出发,逐步揭示原子、电子在固体中的排列方式、相互作用以及由此产生的宏观现象。 章节概述: 第一部分:晶体结构与衍射 晶体学基础: 本章将介绍晶格、基元、晶带、晶面等基本概念,理解晶体结构的周期性与对称性。我们将学习如何用布拉维格子描述各种晶体结构,并探讨密堆积结构以及不同晶体学符号的含义。 倒格矢与布里渊区: 引入倒格矢的概念,这是理解固体中电子运动的关键。我们将定义第一布里渊区,并理解其在电子能带结构中的重要性。 X射线衍射: 详细阐述X射线衍射的原理,包括布拉格定律和劳厄条件。我们将学习如何通过X射线衍射来确定晶体结构,并了解其在材料分析中的应用。 中子衍射与电子衍射: 除了X射线,中子和电子也可以作为探测工具。本章将介绍中子和电子衍射的特点和适用范围,以及它们如何补充X射线衍射的信息,尤其是在研究磁性材料和低维结构方面。 第二部分:晶格振动 简谐振动与声学模式: 将固体视为由大量原子组成的耦合振动系统,分析一维和三维晶格中声学模式的形成。我们将引入声子概念,将其视为晶格振动的量子。 光学模式与色散关系: 探讨光学模式的存在及其与原子振动偶极矩的关系。我们将学习如何计算晶格振动的色散关系,并理解其对材料热学性质的影响。 晶格热容: 基于晶格振动理论,推导固体晶格的热容公式,包括德拜模型和爱因斯坦模型。我们将分析低温和高温下热容的行为,以及其与晶格动力学之间的联系。 晶格热导: 解释晶格振动如何导致热量在固体中的传递。我们将探讨声子散射机制,以及它们如何影响材料的热导率。 声子-电子相互作用: 讨论声子与电子之间的耦合作用,这在超导、电阻等现象中扮演着重要角色。 第三部分:能带理论 近自由电子模型: 从自由电子模型出发,引入周期性势场的影响,解释能带的形成。我们将理解为什么电子在固体中不是自由运动,而是被限制在特定的能带中。 布洛赫定理: 深入讲解布洛赫定理,这是理解电子在周期性势场中行为的核心。我们将学习如何用布洛赫波描述电子的状态。 能带的形成与结构: 详细分析不同晶体结构的能带结构,包括金属、绝缘体和半导体的能带隙。我们将探讨能带的重叠、劈裂以及它们的形状如何决定了材料的电学性质。 有效质量: 引入有效质量的概念,这描述了电子在晶格中的加速响应。我们将理解有效质量与能带曲率的关系,以及它如何影响载流子输运。 费米面: 定义费米面,这是描述金属中占据电子态的最高能量面的关键概念。我们将分析不同金属的费米面形状,并理解其在电学和磁学性质中的意义。 第四部分:电子输运性质 导电机制: 阐述金属、半导体和绝缘体中电荷载流子的种类和运动方式。 电阻与散射: 讨论引起电阻的各种散射机制,包括声子散射、杂质散射和晶格缺陷散射。我们将学习如何利用玻尔兹曼输运方程来处理这些散射。 霍尔效应: 深入讲解霍尔效应的原理,包括其在确定载流子类型、浓度和迁移率中的应用。 热电效应: 介绍塞贝克效应、帕尔帖效应和汤姆逊效应,以及它们在热电器件中的应用。 输运系数的温度依赖性: 分析各种输运系数(如电导率、热导率)随温度的变化规律,并解释其背后的物理机制。 第五部分:磁性 磁的基本概念: 介绍磁矩、磁场强度、磁感应强度等基本概念。 顺磁性与抗磁性: 解释原子磁矩的来源,以及它们在外磁场中的行为。我们将分析顺磁性(如泡利顺磁性)和抗磁性的微观机制。 铁磁性: 深入探讨铁磁性的起源——交换相互作用。我们将介绍磁畴、磁畴壁以及退磁场的概念,并讨论铁磁体的磁化曲线。 反铁磁性与亚铁磁性: 解释反铁磁性中相邻原子磁矩的反平行排列,以及亚铁磁性中不同原子磁矩的非对称排列。 磁性材料的应用: 简要介绍磁性材料在存储、传感和电机等领域的应用。 第六部分:介电性质 电极化: 解释电介质在外电场下的电极化现象,包括电子极化、离子极化和取向极化。 介电常数与电极化率: 定义介电常数和电极化率,并分析它们与材料微观结构的关系。 铁电性: 探讨铁电性的起源,包括自发极化、居里温度以及铁电畴。 压电效应: 介绍压电效应,即材料在受力时产生电荷,或在外电场作用下发生形变。 介电损耗: 分析电介质在交变电场下的能量损耗机制。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 掌握描述晶体结构的基本工具和方法。 理解晶格振动的量子化——声子的概念,及其对材料热学性质的影响。 深入理解能带理论,并能解释金属、绝缘体和半导体的电学性质差异。 掌握描述电子输运的基本理论和分析方法。 了解固体材料中各种磁性现象的微观机制。 熟悉介电材料的电极化行为及其在应用中的重要性。 本书内容涵盖了固体物理学的核心概念和理论,为深入研究材料科学、凝聚态物理以及相关工程领域奠定坚实的基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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从装帧和便携性的角度来看,这本厚重的著作显然更适合放在书桌上进行系统学习和查阅,而不是随身携带。它的装订非常坚固,即使被频繁翻阅,内页也没有松动的迹象,这对于一本需要反复对照和标记的参考书来说至关重要。我注意到,作者在某些关键的物理概念的介绍上,非常注重不同理论体系之间的横向联系。例如,在讨论晶体动量和布里渊区时,他会巧妙地穿插与量子场论中倒易空间的类比,虽然没有深入阐述后者,但这种提醒极大地拓宽了读者的思维边界,让我意识到固体物理并非孤立的学科分支。整本书的行文节奏非常稳定,尽管内容艰深,但作者的语言始终保持着一种冷静而客观的学术腔调,从不带有煽动性或过于主观的色彩。这本书的使用体验,更像是在一位经验丰富、一丝不苟的导师的指导下,进行一次漫长而又充满发现的学术远征。它要求耐心,但回报以深刻的理解。

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这本书的深度远超出了我最初的预期,它真正体现了“理论”二字的份量。我原本以为它会侧重于实验结果的罗列和现象的描述,但事实是,它几乎将所有的篇幅都投入到了从第一性原理出发的理论构建上。特别是关于晶格振动和声子理论的部分,作者对哈密顿量的构造和微扰论的应用分析得极其细致入微,简直像是为研究生级别的研讨会准备的讲义。书中的一些推导过程冗长但逻辑严密,如果读者稍微走神,很容易就会跟不上作者的思路跳跃。我发现,这本书最强大的地方在于它不满足于解释“是什么”,而是深入探究“为什么会是这样”——比如,它如何从微观的原子间相互作用,构建出宏观的热容曲线和声速等性质。对我来说,这本书更像是一本思想的训练手册,它强迫我运用我所学过的所有物理工具进行整合和应用,而不是简单地进行知识点的回忆。如果你是一个渴望掌握底层原理,并且不惧怕沉浸在复杂数学框架中的人,那么这本书无疑是为你量身定做的宝藏。

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我必须承认,这本书的阅读体验是极富挑战性的,它绝不是那种可以轻松“速读”的书籍。如果你期待的是一本能让你快速拿来应付考试的工具书,那么你可能会感到失望,因为它要求读者有极高的专注度和持续的思考。我花了整整一个下午的时间,才勉强啃完了关于电子能带理论的起始部分,尤其是关于费米面和电子结构图的部分,简直是把我带入了一个信息密度极高的迷宫。作者的叙事风格非常严谨,几乎不留任何模糊地带,每一个术语的引入都伴随着精确的定义和严格的逻辑推导。这对于追求极致准确性的读者来说是福音,但对于我这种需要一点“软着陆”的读者来说,无疑是陡峭的攀登。我不得不频繁地停下来,查阅一些前置的量子力学知识,甚至需要借助一些在线的模拟工具来可视化书中描绘的各种波函数和势阱结构。不过,一旦我成功地跨越了某一个知识点,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的,它带来的不是知识的堆砌,而是一种深刻的、结构化的理解,让人对固体内部的微观世界产生敬畏感。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,那种深邃的蓝色调,搭配上跳跃的白色几何图形,立刻就能让人感受到一种精密与深奥交织的氛围。当我第一次翻开它的时候,那种纸张的触感就非常舒服,不是那种廉价的印刷感,而是带着一丝厚重和质感的,仿佛在向你宣告:“这是值得你投入时间的重量级作品。” 尽管我对某些复杂的数学推导仍然感到有些吃力,但作者在概念引入部分的处理方式,简直是教科书级别的典范。他没有急于抛出晦涩的公式,而是先用非常贴近直觉的物理图像来构建基础认知,比如他描述晶格振动时,那种如同音乐和弦般的比喻,让我这个初学者一下子就抓住了核心的物理图像。我特别喜欢其中关于布洛赫定理的章节,他没有简单地陈述定理本身,而是花了大篇幅去解释为什么需要这样的数学工具来描述周期性势场中的电子行为,这种“追本溯源”的教学方法,极大地增强了我的理解深度,让我不再是死记硬背公式,而是真正理解了理论背后的驱动力。这本书的排版也十分考究,图文比例拿捏得恰到好处,那些示意图清晰明了,即便是那些三维的结构也能通过巧妙的二维投影被清晰地展示出来,这在阅读过程中极大地减少了我的认知负荷。

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我特别欣赏这本书在讨论一些前沿和非理想情况时的处理方式。在讲解了理想晶体模型之后,作者并没有戛然而止,而是非常自然地过渡到了缺陷、掺杂以及晶体结构畸变对电子性能的影响。这种从理想模型到真实世界的渐进式深入,非常符合科学研究的实际路径。在描述半导体物理的部分,作者对杂质能级和少子、多子输运机制的阐述,细致到了连教科书上通常会省略的细节都给予了充分的讨论,甚至还引入了玻尔兹曼输运方程的求解思路。这种详尽的覆盖面,使得这本书在作为参考书时也具有极高的价值,当你遇到一个具体问题时,总能在这个厚厚的书架中找到一个可以溯源的理论起点。它的参考文献列表也相当丰富,指向了许多重要的原始文献,这表明作者并非闭门造车,而是深谙该领域的发展脉络。总的来说,这本书的结构设计体现了一种强大的学术自信和对知识体系的完整把握。

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