固体物理学—课程介绍课件.pptx
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1、固体物理学课程介绍1课程概要固体物理基础 Solid State Physics课程属性:专业核心课 学时/学分:72/4预修课程:量子力学、热力学与统计物理教学目的和要求:本课程为物理学与电子科学与技术专业研究生的专业核心课。主要内容包括固体物理的基本理论和基本知识,介绍晶体的结构和结合方式;研究固体的热学、电学、光学和磁学等基本物理性质的普遍规律。要求学生掌握固体物理的基本概念和基本理论,并将其灵活地应用于物理、化学、材料和纳米科学技术等学科领域。4课程主要内容第一章 晶体结构单晶、准晶和非晶;晶格;晶格的对称性和点群、空间群;常见的晶体结构;倒格子和布里渊区;晶体结构的实验测定方法;X射
2、线衍射条件、基元的几何结构因子及原子形状因子。第二章 固体的结合和类型离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合;金属、离子晶体、共价晶体、分子晶体;团簇和低维固体。5课程主要内容第三章 晶格振动简谐晶体的经典运动;简谐晶体的量子理论;声子、声子态密度、晶格比热;非简谐效应,热传导,热膨胀;晶格振动谱的实验测定方法。第四章 金属电子论金属自由电子气体模型;费米统计和电子热容量;金属的热导率和电导率;泡利顺磁性;第五章 能带理论布洛赫定理;近自由电子近似;紧束缚近似;能带和能带结构的计算方法;费米面和态密度;费米面的实验测量;6课程主要内容第六章 晶体中电子在电场和磁场中的运动电子运动的准
3、经典近似,恒定电场、磁场作用下电子的运动;导体、绝缘体和半导体的能带论解释;回旋共振、德哈斯-范阿尔芬效应;霍尔效应和磁阻。第七章 半导体电子论半导体能带结构;半导体中的杂质;半导体中的载流子和电导;PN结及其应用。7参考书固体物理参考书黄昆编著,固体物理学,高等教育出版社,Kittel,C.,Introduction to Solid State Physics(8th,Ed.),John Wiley&Sons,Inc.,2004;基泰尔著,项金钟、吴兴惠译,固体物理导论(原著第8版),化学工业出版社,2011年。量子力学、热力学统计物理参考书1.周世勋,量子力学教程,高等教育出版社,197
4、9年;2.曾谨言,量子力学导论(第二版),北京大学出版社,1998年;曾谨言,量子力学(卷I)(第四版),科学出版社,2004年.2.汪志诚,热力学统计物理(第四版),高等教育出版社,2012年.81988.美国大学开放课程MIT开放课程:http:/ocw.mit.edu/Harvard在线学习http:/online-learning.harvard.eduYale开放课程http:/oyc.yale.edu/Carnegie Mellon University开放http:/oli.cmu.edu/9MOOC(Massive open online course)edXhttps:/ww
5、w.edx.org/Courserahttps:/www.coursera.org/https:/zh.coursera.org/Udacityhttps:/ http:/搜狐课堂 http:/ http:/ http:/ 小木虫论坛 上述资源适用于各门课程的学习以及未来的科研工作14什么是固体物理学?固体物理学 solid state physics研究对象:固体(晶体)。研究内容:与普通物理不同,它的重点不在于描述固体的宏观物理性质,而是去阐明和理解固体的宏观性质的由来。主要集中在原子尺度的结构排列如何决定体系宏观性质上。从而找出控制、利用、改善这些性质的方法。研究手段:通过量子力学、结晶
6、学、电磁学及冶金学。它是材料科学的基础,同时具有实际应用价值,例如晶体管和半导体器件,都是固体物理学发展的直接成果。From http:/en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_physics15什么是固体?The solid state of matter is characterized by a distinctstructural rigidity and resistance to deformation(that ischanges of shape and/or volume).Most solids have high values both of
7、Youngs modulus andof the shear modulus of elasticity.This contrasts withliquids or fluids,which have zero static shear modulusand exhibit the capacity for macroscopic viscous flow.From http:/en.wikipedia.org/wiki/Solid16说明:固体物理研究的不是单个原子的性质,而是大量原子组成在一起形成固体后所表现出来的集体性质。因此只有通过对固体微观结构和组成固体微观粒子之间的相互作用及运动机
8、制的研究才能理解固体的性质。例如:性质完全不同的无定形碳、石墨和金刚石都是由相同的碳原子组成的,是碳原子空间排列和结合方式的差异带来了其物理性质的极端不同。两次Nobel物理奖获得者巴丁(J.Bardeen)说:固体物理学依据物质的电子结构和原子结构来了解固体的各种性质。17物质的状态18Water is water,unless it heats up.Whirl.Swirl.Watch it curl by.Steam is steam,unless it cools high.物质的状态19熔点-218.4沸点-183在常压下,液氮温度为-196物质的状态20plasma lamp21a
9、urora 22Plasma Display23Plasma Display24Liquid Crystal Display25Liquid Crystal Display26软物质(soft matter)Soft matter is a subfield of condensed mattercomprising a variety of physical states that are easilydeformed by thermal stresses or thermal fluctuations.They include liquids,colloids,polymers,foam
10、s,gels,granular materials,and a number of biologicalmaterials.http:/en.wikipedia.org/wiki/Soft_matterThe Nobel Prize in Physics 1991 was awarded toPierre-Gilles de Gennes for discovering thatmethods developed for studying order phenomenain simple systems can be generalized to morecomplex forms of ma
11、tter,in particular to liquidcrystals and polymers.“founding father of soft matter”27固体与晶体石蜡橡胶 A crystal or crystalline solid is a solid materialwhose constituent atoms,molecules,or ions arearranged in an ordered pattern extending in all threespatial dimensions.In addition to their microscopic struct
12、ure,largecrystals are usually identifiable by their macroscopicgeometrical shape,consisting of flat faces withspecific,characteristic orientations.http:/en.wikipedia.org/wiki/Crystal28身边的晶体食盐蓝宝石红宝石味精http:/ A crystal is a solid where the atoms form a periodicarrangement.In polycrystal,each of the sma
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