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出版者:

作者:Gates, Thomas S./ Odegard, Greg/ Clancy, Tom/ Frankland, Sarah-jane

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:1042.00 元

装帧:

isbn号码:9780470107089

丛书系列:

图书标签:

纳米材料
计算材料学
材料科学
纳米技术
计算物理
材料建模
分子动力学
第一性原理
材料性质
计算化学

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具体描述

《固体物理学导论：晶体结构、能带与输运现象》简介：本书旨在为物理、材料科学、化学以及工程学领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的固体物理学基础知识体系。我们着重于阐述宏观物性如何源于微观的量子力学行为，特别是晶体结构对电子能带的形成和物质输运特性的决定性影响。全书内容组织严谨，逻辑清晰，既涵盖了固体物理学的经典理论框架，也适当地引入了现代研究中的前沿概念。第一部分：晶体结构与晶格振动本书伊始，我们将详细探讨晶体结构的本质及其描述工具。从晶体学的基本概念入手，我们定义了点阵、晶胞、布拉维点阵以及晶体对称性。随后，重点深入倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，这是理解X射线衍射和电子能带理论的基石。我们将详细阐述如何利用倒易空间来分析晶体衍射图案，并解释布拉格定律的物理意义。在晶体结构的基础上，我们转向晶格动力学。引入周期性势场中原子的运动，导出一个关键的物理模型——色散关系（Dispersion Relation）。我们将详尽推导一维和三维晶格的声学支和光学支，解释声子（Phonon）的概念及其作为晶格振动量子化的重要性。在此基础上，我们将探讨晶格比热容的理论计算，包括经典弹性理论的德拜模型（Debye Model）和爱因斯坦模型（Einstein Model）的适用性与局限性。最后，分析声子在热传导和电子-声子散射中的关键作用。第二部分：电子的能带理论本部分是全书的核心，专注于电子在周期性晶体势场中的行为。我们将从能带理论的量子力学基础出发，首先回顾薛定谔方程在周期性势场中的应用，并详细阐述布洛赫定理（Bloch’s Theorem）的数学形式及其物理意义——电子以特定的准动量在晶体中运动。随后，我们引入布里渊区（Brillouin Zone）的概念，并利用它来系统性地描述电子的能带结构。我们将详细分析不同晶体结构（如简单立方、面心立方）的能带图。接着，通过紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）和近自由电子模型（Nearly Free Electron Model），对比分析不同势能模型如何导致金属、半导体和绝缘体的能带结构差异。我们将定义费米能面（Fermi Surface）及其在理解材料导电性中的核心地位。为了量化电子的输运特性，我们将详细推导有效质量（Effective Mass）的概念，解释为什么电子在晶体中的响应与自由电子不同，并讨论有效质量的各向异性。第三部分：电子的输运性质与磁性本部分将经典和半经典理论与量子力学结果相结合，探讨电子和空穴的输运现象。我们将从玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation）出发，在弛豫时间近似下，推导出电导率和霍尔系数的表达式。深入分析金属的电阻率随温度的变化规律，重点讨论电子-声子散射、杂质散射和电子-电子散射的相对贡献。随后，我们专门开辟章节讨论半导体物理学。详细阐述本征半导体和掺杂半导体的电子和空穴浓度、迁移率，以及费米能级的温度依赖性。我们还将探讨半导体中的关键输运现象，例如扩散电流和漂移电流的物理机制。磁性是固体物理学中电子-电子相互作用的集中体现。本书将系统介绍抗磁性、顺磁性（包括朗之万理论和居里定律），以及铁磁性的起源。我们将深入探讨海森堡模型和平均场理论（Mean Field Theory），解释为什么铁磁材料会发生自发磁化，并讨论磁畴和交换相互作用。第四部分：介电性质与光学响应本章聚焦于材料对电磁场的响应。我们将从电偶极矩和极化率的角度，系统分析离子极化、电子极化和空间电荷极化的微观机制。通过洛伦兹模型，我们推导介电常数与晶格振动频率（特别是光学声子）之间的关系，并探讨铁电性的物理基础。最后，我们将连接电学和光学性质，讨论光的吸收和散射过程。解释在能带结构框架下，材料如何选择性地吸收光子，以及等离激元等集体激发模式。本书的结构确保了读者能够从最基本的晶格运动，一步步构建起对现代凝聚态物质复杂行为的深刻理解。本书的特点在于其详尽的数学推导、丰富的图示解释，以及对关键物理概念的深入剖析，旨在培养读者独立分析和解决固体物理问题的能力。