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第1章 晶体结构 1

1.1 晶体的宏观特性 1

1.2 晶体的微观结构 3

1.2.1 空间点阵与基元 4

1.2.2 初基原胞 5

1.2.3 惯用原胞 6

1.2.4 威格纳—赛兹原胞 6

1.3 晶体的基本类型 7

1.3.1 二维晶格 7

1.3.2 三维晶格 7

1.3.3 晶系 11

1.4 典型的晶体结构 12

1.4.1 氯化钠结构 13

1.4.2 氯化铯结构 15

1.4.3 金刚石结构 16

1.4.4 闪锌矿结构 17

1.4.5 密堆积结构 17

1.4.6 纤维锌矿结构 21

1.4.7 钙钛矿结构 21

1.4.8 方解石结构 22

1.4.9 黄铁矿结构 22

1.4.10 红镍矿和金红石结构 23

1.4.11 尖晶石结构 23

1.4.12 刚玉结构 25

1.4.13 石榴石结构 25

1.5 晶体的对称性 29

1.5.1 旋转对称性 30

1.5.2 中心反演对称性 30

1.5.3 镜像操作 30

1.5.4 旋转反演操作 31

1.5.5 螺旋操作 32

1.5.6 滑移反映操作 33

1.6 晶面和晶面指数 33

1.6.1 格点指数 33

1.6.2 晶向指数 34

1.6.3 晶面指数 35

1.6.4 六角晶系的晶向指数和晶面指数 36

1.7 晶体的倒格子与布里渊区 37

1.7.1 倒格子基矢 37

1.7.2 布里渊区 39

1.7.3 典型晶格的倒格子与布里渊区的例子 40

1.8 晶体中的X光衍射 43

1.8.1 概述 43

1.8.2 衍射波的振幅与强度 43

1.8.3 决定散射的诸因素 44

1.8.4 产生衍射极大的条件 46

1.8.5 布拉格定律 47

1.8.6 劳厄方程 47

1.8.7 厄瓦尔德反射球 48

1.9 非晶态材料的结构 48

1.10 准晶态 49

1.11 群与晶体点阵的分类 51

1.11.1 群的概念 51

1.11.2 7个晶系和14种空间点阵 52

1.11.3 晶体结构的32种点群和230空间群 57

本章小结 59

思考题 60

习题 61

参考文献 62

第2章 晶体的结合 63

2.1 内能函数与晶体的性质 63

2.1.1 内能函数 63

2.1.2 晶体的性质 73

2.2 离子结合 76

2.2.1 离子结合的定义和特点 76

2.2.2 离子晶体的结合能 76

2.2.3 马德隆常数的计算 79

2.3 共价结合 80

2.3.1 共价结合的定义 80

2.3.2 共价键的特性 85

2.3.3 共价结合的内能 86

2.4 金属结合 86

2.5 范德瓦尔斯结合 88

2.6 氢键结合 90

2.7 晶体结合的规律性 91

本章小结 94

思考题 96

习题 96

参考文献 97

第3章 晶格振动 98

3.1 一维单原子晶格的振动 98

3.1.1 物理模型与运动方程 98

3.1.2 玻恩—卡曼周期性边界条件 101

3.1.3 关于格波的讨论 102

3.2 一维双原子链的晶格振动 105

3.2.1 模型与色散关系 105

3.2.2 关于声学波和光学波的讨论 106

3.2.3 三维晶格振动 109

3.2.4 格波态密度函数 111

3.3 晶格振动的量子化与声子 112

3.3.1 晶格振动与谐振子 112

3.3.2 能量量子和声子 113

3.3.3 平均声子数 115

3.3.4 确定声子谱的方法 116

3.4 晶体的热容 120

3.4.1 概述 120

3.4.2 爱因斯坦模型 122

3.4.3 德拜模型 122

3.4.4 实验和理论的比较 125

3.4.5 关于德拜温度ΘD的讨论 127

3.5 非简谐效应 128

3.5.1 简谐近似的局限 128

3.5.2 热膨胀 129

3.5.3 声子碰撞与热传导 134

3.5.4 N过程和U过程 135

3.5.5 声子热导率λ与温度的关系 136

3.6 无序系统中的原子振动 140

3.7 声子晶体 143

3.8 新型负热膨胀材料 146

本章小结 150

思考题 151

习题 152

参考文献 153

第4章 固态电子论基础 154

4.1 经典自由电子论 155

4.1.1 经典自由电子论 155

4.1.2 欧姆定律的解释 156

4.1.3 维德曼—夫兰兹定律的解释 156

4.1.4 经典自由电子论的缺陷 157

4.2 费米分布函数与费米能级 158

4.2.1 自由电子的能级和能态密度 158

4.2.2 费米分布函数 160

4.2.3 费米能及其相关物理量 163

4.3 索末菲自由电子气模型 165

4.3.1 索末菲自由电子气模型 165

4.3.2 自由电子气的热容 165

4.4 金属的热容、电导与热导 168

4.4.1 金属的热容 168

4.4.2 金属的电导 170

4.4.3 金属的热导 171

4.5 功函数与接触电势差 173

4.5.1 功函数及热电子发射 173

4.5.2 接触电势差 175

4.6 经典自由电子论与伦敦方程 177

本章小结 180

思考题 181

习题 181

参考文献 182

第5章 固体能带论 183

5.1 固体中电子的共有化和能带 183

5.2 布洛赫定理 186

5.2.1 周期性势场 186

5.2.2 布洛赫定理 187

5.2.3 布洛赫定理的证明 188

5.2.4 布洛赫定理的一些重要推论 189

5.3 近自由电子模型 190

5.3.1 近自由电子模型 190

5.3.2 近自由电子的能量与波函数 191

5.4 紧束缚模型——原子轨道线性组合法 200

5.5 克龙尼克—潘纳模型 204

5.6 晶体中电子的准经典运动 208

5.6.1 布洛赫电子的速度 209

5.6.2 布洛赫电子的准动量 210

5.6.3 晶体中电子的加速度和有效质量张量 210

5.7 能带填充与导电性 214

5.7.1 满带 215

5.7.2 空穴 217

5.7.3 导体、半导体和绝缘体 217

5.8 实际晶体的能带 219

5.8.1 能带简并 219

5.8.2 k空间等能面 220

5.8.3 电子回旋共振 221

5.8.4 硅和锗的能带结构 223

5.8.5 砷化镓的能带结构 227

5.8.6 氮化镓和氮化铝的能带结构 228

5.8.7 碳化硅的能带结构 229

5.9 能带计算的其它方法 230

5.10 能带计算过程与计算软件简介 235

本章小结 244

思考题 246

习题 247

参考文献 249

第6章 晶体中的缺陷 250

6.1 点缺陷 250

6.1.1 几种典型的点缺陷 250

6.1.2 热缺陷的统计理论 252

6.1.3 色心 254

6.2 线缺陷 256

6.2.1 晶体的剪切强度 256

6.2.2 位错的基本类型 258

6.2.3 位错的运动 259

6.2.4 位错与晶体性质的关系 260

6.3 面缺陷 261

6.3.1 小角晶界 261

6.3.2 堆垛层错 262

6.4 扩散和原子的布朗运动 263

6.4.1 扩散的宏观规律 263

6.4.2 扩散的微观机制 265

6.4.3 扩散系数 266

6.5 半导体中的杂质和缺陷能级 269

6.5.1 施主能级和受主能级 269

6.5.2 缺陷能级 273

6.6 位错的应力场与弹性应变能 275

6.6.1 位错的应力场 275

6.6.2 位错的弹性应变能 278

本章小结 279

思考题 280

习题 280

参考文献 281

第7章 晶体的导电性 282

7.1 分布函数与玻耳兹曼方程 282

7.1.1 电子的分布函数 283

7.1.2 晶体中的电流密度 283

7.1.3 玻耳兹曼方程 284

7.2 晶体中的散射机制 284

7.2.1 半导体中的电子散射机制 285

7.2.2 金属中的电子散射机制 288

7.3 弛豫时间近似与金属和半导体的电导率 289

7.3.1 弛豫时间近似 289

7.3.2 金属的电导率 290

7.3.3 半导体的电导率 292

7.4 迁移率与温度的关系 293

7.4.1 漂移速度和迁移率 293

7.4.2 平均自由时间与散射概率 294

7.4.3 迁移率与杂质和温度的关系 295

7.5 电导率与温度的关系 298

7.5.1 金属电导率与温度的关系 298

7.5.2 非简并半导体的电导率与温度的关系 300

7.6 超导电性 304

7.6.1 超导态与超导体 304

7.6.2 超导态的基本特征 305

7.6.3 伦敦方程 308

7.6.4 BCS理论 309

7.7 约瑟夫森效应及意义 313

本章小结 315

思考题 316

习题 316

参考文献 317

第8章 固体的介电性 318

8.1 晶体的介电常数 318

8.1.1 电极化 318

8.1.2 宏观平均电场 320

8.1.3 电介质的极化机制 320

8.1.4 电介质的有效电场 325

8.2 介电弛豫与介电损耗 329

8.2.1 电介质的弛豫 329

8.2.2 电介质的损耗 330

8.2.3 柯尔—柯尔（Cole-Cole）图 333

8.3 铁电性 333

8.3.1 电介质的自发极化 333

8.3.2 电畴结构 334

8.3.3 铁电体的电滞回线 335

8.3.4 铁电体的极化处理 335

8.3.5 相变 336

8.3.6 软模理论 337

8.3.7 典型铁电材料 339

本章小结 343

思考题 344

习题 344

参考文献 344

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