目錄
前言
第1章 晶體結構與對稱 1
1.1 晶體的結構 1
1.2 晶體的對稱 2
1.2.1 群論基礎 2
1.2.2幾何變換下之結構不變性 2
1.2.3晶系與空間群簡介 4
1.3 晶面與晶向 5
1.3.1晶體結構幾何要素 5
1.3.2常見的晶體結構 6
1.4倒格子與布里淵區(qū) 7
1.5 晶體的X射線衍射 8
1.5.1 布拉格衍射條件 8
1.5.2勞厄衍射條件 9
1.5.3 X射線晶體衍射理論 10
1.5.4衍射研究歷史回顧 11
第2章 晶體的形成與化學鍵 12
2.1基本的晶體結構與化學鍵 12
2.2 晶體的結合能 14
2.2.1與系統(tǒng)總能相關的物理量 14
2.2.2分子晶體的結合能 15
2.2.3范德瓦耳斯相互作用 16
2.2.4離子晶體的結合能 18
2.2.5共價晶體結合能 20
2.2.6金屬晶體結合能 21
2.3非晶與準晶 22
2.3.1 非晶態(tài) 22
2.3.2準晶體結構 24
2.3.3準晶的形成 25
2.3.4準晶的相變 25
2.4團簇與納米顆粒 25
第3章 固體振動理論 27
3.1晶格振動模型 27
3.1.1 一維單原子鏈 27
3.1.2周期性邊界條件與量子化 28
3.1.3 —維雙原子鏈 29
3.1.4三維晶格振動 30
3.2聲子譜結構 33
3.2.1態(tài)密度函數(shù) 34
3.2.2三維情況下的態(tài)密度 35
3.2.3彈性波近似下的態(tài)密度 37
3.3 晶格熱容量 37
3.3.1簡諧近似和簡正坐標 37
3.3.2 晶格振動的量子化 38
3.3.3 經(jīng)典理論的困難 39
3.3.4 愛因斯坦模型 40
3.3.5 德拜模型 41
3.4 長波光學模與電磁波的耦合 44
3.4.1 長波光學模 44
3.4.2 經(jīng)驗模型黃方程 45
3.4.3 耦合的微觀理論 47
3.4.4 離子晶體的光學性質 49
3.4.5 極化激元 51
3.5 非簡諧效應 53
3.5.1 非簡諧效應簡介 53
3.5.2 關于非簡諧的一個簡單模型 54
3.5.3 固體狀態(tài)方程和格林艾森常數(shù) 54
3.5.4 體積膨脹系數(shù) 55
3.5.5 晶格的熱傳導 57
第4章 固體電子理論 60
4.1 金屬電子論 60
4.1.1 自由電子氣的經(jīng)典理論 61
4.1.2 量子自由電子論 62
4.1.3 金屬電子量子論的應用 72
4.2 能帶理論 82
4.2.1 能帶論基礎簡單介紹 82
4.2.2 布洛赫定理 84
4.2.3 能帶的對稱性 87
4.2.4 近似模型 89
4.2.5 克勒尼希-彭尼模型 102
4.2.6 晶體能帶的對稱性 104
4.2.7 能態(tài)密度和費米面 109
4.2.8 固體的基本電導特性 114
4.3 多體電子關聯(lián) 131
4.3.1 哈特里-�？私�似 132
4.3.2 庫普曼斯定理 135
4.3.3 自由電子哈特里-�？死碚� 136
4.3.4 屏蔽庫侖勢 138
4.3.5 等離子體振蕩 139
4.3.6 費米液體理論 140
4.3.7 強關聯(lián)體系和哈伯德模型 144
4.4 能帶的計算方法與理論 150
4.4.1 平面波方法 150
4.4.2 正交化平面波方法 152
4.4.3 贗勢方法 153
4.4.4 綴加平面波方法 154
4.4.5 密度泛函理論 155
第5章 固體光學理論 159
5.1 光與物質的相互作用 159
5.1.1 輻射場與電子體系作用的微擾論方法 160
5.1.2 二能級躍遷的速率方程 161
5.2 帶間躍遷與光吸收 162
5.2.1 直接帶邊吸收 162
5.2.2 禁止的直接吸收 164
5.2.3 聲子輔助的間接躍遷光吸收 164
5.2.4 帶間躍遷吸收譜的理論分析 167
5.3 光發(fā)射與激子效應 169
5.3.1 激發(fā)態(tài)電子弛豫與復合 169
5.3.2 發(fā)光與吸收的關系 170
5.3.3 帶間復合發(fā)光 171
5.3.4 激子現(xiàn)象 172
5.3.5 激子躍遷理論 174
5.4 雜質和缺陷發(fā)光 177
5.4.1 固體中可能的光學躍遷 177
5.4.2 發(fā)光中心和位形坐標 178
5.4.3 分立中心的吸收與發(fā)光 181
5.4.4 帶與雜質中心間的躍遷 182
5.4.5 施主-受主聯(lián)合中心的躍遷 182
5.4.6 等電子雜質中心的躍遷 183
5.5 晶格振動與光的紅外吸收 183
5.5.1 離子晶體振動的色散關系與紅外吸收. 183
5.5.2 局域振動的紅外吸收 185
5.5.3 晶格振動光吸收的理論基礎 186
5.5.4 極化激元和多聲子過程 191
5.5.5 分子的紅外吸收 191
5.6 晶格振動與光的拉曼散射 192
5.6.1 拉曼散射及其基本原理 192
5.6.2 拉曼散射的經(jīng)典理論 193
5.6.3 拉曼張量 198
5.6.4 拉曼散射的微觀理論 199
5.6.5 共振拉曼散射和多聲子拉曼散射 201
5.6.6 振動拉曼活性和紅外活性 202
第6章 固體鐵磁理論 204
6.1 磁性的基本特征 204
6.2 局域磁矩理論 205
6.2.1 拉莫爾進動 205
6.2.2 自旋-軌道耦合 206
6.2.3 晶體場效應 207
6.2.4 束縛電子的抗磁性 209
6.2.5 自由電子的磁性 209
6.2.6 朗之萬順磁理論 211
6.3 巡游電子和鐵磁能帶理論 214
6.3.1 分子場理論 214
6.3.2 局域磁性一海森伯模型 217
6.3.3 非局域磁性——哈伯德模型和斯托納理論 219
6.3.4 RKKY模型 221
6.3.5 超交換作用 221
6.3.6 磁性的能帶理論 223
6.4 巨磁電阻和龐磁電阻效應 223
6.4.1 巨磁電阻效應 223
6.4.2 龐磁電阻效應 226
6.4.3 稀磁半導體 227
第7章 納米結構物理 230
7.1 晶格的缺陷 230
7.1.1 晶體中的點缺陷 230
7.1.2 晶體中的位錯 233
7.1.3 面位錯 236
7.2 晶體的表面和界面物理 237
7.2.1 晶體表面的Wood命名 237
7.2.2 表面缺陷 239
7.2.3 表面電子結構 242
7.2.4 表面功函數(shù)和表面吸附 244
7.2.5 表面催化 244
7.2.6 表面掃描探測技術 245
7.3 半導體量子阱與超晶格 247
7.3.1 半導體介紹 247
7.3.2 半導體能帶與有效質量近似 248
7.3.3 半導體導電 251
7.3.4 半導體量子阱與超晶格 255
7.3.5 半導體量子阱與超晶格的各種物理效應 257
7.4 量子點和量子線 259
7.4.1 量子點和量子線材料介紹 259
7.4.2 納米結構的制備方法簡介 260
7.4.3 納米結構的應用介紹 262
第8章 低維度電子物理 264
8.1 量子耦合系統(tǒng) 264
8.1.1 近藤效應 264
8.1.2 雙量子點隧穿 265
8.1.3 約瑟夫森效應 268
8.2 整數(shù)量子霍爾效應 270
8.2.1 二維電子體系 270
8.2.2 二維電子氣在磁場中的運動 273
8.2.3 霍爾效應實驗設計及結果討論 275
8.2.4 邊緣態(tài)模型 277
8.3 分數(shù)量子霍爾效應 279
8.3.1 分數(shù)霍爾實驗及理論解釋 279
8.3.2 分數(shù)電荷和復合費米子 282
第9章 相變與凝聚 284
9.1 朗道相變理論 284
9.1.1 對稱破缺和序參量 284
9.1.2 二級相變 286
9.1.3 弱一級相變 288
9.1.4 非均勻態(tài)相變 291
9.1.5 序參量的漲落 292
9.2 玻色-愛因斯坦凝聚 295
9.3 低溫超導體 299
9.3.1 超導態(tài)的磁場 300
9.3.2 超導態(tài)的凝聚能 301
9.3.3 超導態(tài)的熱容量 301
9.3.4 二流體模型與倫敦方程 302
9.3.5 超導是一類宏觀量子現(xiàn)象 305
9.4 唯象超導理論 306
9.4.1 金茲堡-朗道超導理論 306
9.4.2 一個簡單的例子 308
9.4.3 二類超導體 309
9.5 BCS理論 311
9.5.1 電子-聲子耦合 311
9.5.2 庫珀電子對 312
9.5.3 BCS理論要點 314
9.5.4 高溫超導的發(fā)現(xiàn) 315
第10章 量子輸運理論 317
10.1 固體的基本電導特性 317
10.1.1 玻爾茲曼方程 317
10.1.2 電導率方程 318
10.1.3 彈性散射引起的弛豫時間 319
10.1.4 電子-聲子散射機制 320
10.1.5 交變電場下的電子電導 324
10.1.6 半導體遷移率 326
10.2 量子輸運和安德森局域化 327
10.2.1 量子輸運的特征量 327
10.2.2 安德森局域化 331
10.3 彈道輸運和庫侖阻塞 335
10.3.1 朗道爾-比特克電導公式 335
10.3.2 電子的彈道輸運 338
10.3.3 庫侖阻塞 339
10.3.4 量子點中的庫侖阻塞 340
參考文獻 343