固体物理黄昆
固体物理黄昆第一章
元激发的能量与寿命
元激发的能量与晶体的振动频率或量子数有关，可以通过量子力学公式计算。
元激发的寿命取决于其与周围环境的相互作用，以及能量的耗散机制。在某些条件下，元激发的寿命 可以很长，使得它们在某些物理过程中起到关键的作用。例如，在超导材料中，声子与电子相互作用 导致电子配对，从而实现超导态。
05
完美晶体
理想状态下，晶体中的原子或 分子应完全规则排列。
线缺陷
晶体中原子或分子的排列出现 中断，形成一条线上的缺陷。
形成原因
晶体缺陷的形成与温度、压力、 杂质等因素有关。
晶体缺陷对物理性质的影响
01
光学性质
晶体缺陷可以影响光的折射、反射 和吸收等性质。
热学性质
晶体缺陷可以影响热导率、热膨胀 等性质。
黄昆的贡献与影响
贡献
黄昆是中国固体物理学领域的奠基人之一，他在固体物理学的多个领域做出了卓越的贡献，包括晶体结构、晶体 振动、相变等方面。
影响
黄昆的学术成果不仅对中国固体物理学的发展产生了深远影响，也对全球固体物理学的发展产生了重要影响。他 的学术思想和方法论对后来的科研工作者提供了宝贵的启示和借鉴。
揭示了声子在固体中的传播特性
通过声子理论，黄昆揭示了声子在固体中的传播特性，包括声速、衰 减等，为理解材料的力学性质和热学性质提供了重要的理论依据。
黄昆的极化子理论
01
提出极化子的概念
黄昆在极化子理论中，提出了极化子 的概念，即某些固体中由于晶格振动 和电子运动的耦合而形成的元激发。
02
发展了极化子的计算 方法
02
元激发与量子力学中的粒子不同，它是一种波动现象，具有 波粒二象性。
03
元激发是晶体中能量的传递和转换机制，是理解固体物理中 许多现象的基础。
黄昆 离散晶格动力学向连续的过渡
黄昆离散晶格动力学向连续的过渡1. 概述黄昆，我国科学院院士，固体物理学家，因在离散晶格动力学理论上的开创性工作而享誉国际。
离散晶格动力学是研究晶体中原子或离子在晶格上的振动状态的一门学科，对于理解晶体的热力学性质和热传导过程具有重要意义。
黄昆在离散晶格动力学领域做出了杰出的贡献，尤其是在将离散晶格动力学的理论向连续的过渡方面有着深远影响。
2. 离散晶格动力学的发展历程离散晶格动力学的研究可以追溯至19世纪初克拉克·麦克劳林和皮埃尔·帕西卡（Pierre Louis Antoon）的工作。
麦克劳林首次提出了晶格振动的概念，并且解释了晶体的热传导现象。
而帕西卡则进一步推广了麦克劳林的理论，开创了固体物理学研究的新领域。
3. 黄昆的离散晶格动力学理论黄昆在20世纪50年代提出了离散晶格动力学的一系列理论模型，并将这些模型应用于研究晶格的热传导性质。
其中，他最为著名的贡献之一是建立了描述晶格振动的一维链模型，这一模型准确描述了晶体中的原子或分子在晶格上的振动状态，为进一步研究离散晶格动力学奠定了基础。
4. 离散晶格动力学向连续的过渡尽管离散晶格动力学理论在研究晶体的热传导性质方面取得了显著的成就，但在一些情况下，离散模型没有办法完全描述晶体的热传导行为。
特别是在介观尺度上，晶体不再是绝对的连续介质，原子或分子之间的离散性变得非常重要，这时候传统的连续介质力学理论不再适用。
离散晶格动力学向连续的过渡成为了一个重要的课题。
5. 黄昆的工作黄昆在20世纪70年代开始了对离散晶格动力学向连续的过渡的研究。
他提出了一些新的理论模型和方法，试图在微观尺度上揭示介观尺度上晶格的热传导性质。
他还从分子动力学模拟的方法上进行了探索，这为理解离散晶格动力学向连续的过渡提供了新的思路和方法。
6. 结论黄昆是固体物理学领域的杰出科学家，在离散晶格动力学向连续的过渡方面做出了重要贡献。
他的工作为理解介观尺度上的晶格热传导性质提供了重要的理论基础，并且在理论与实验研究中发挥了重要作用。
黄昆——中国固体物理和半导体物理的奠基人
兴 。 １３ ９ ２年 秋 至 １ ３ ９ ６年 夏 ， 昆 就 读 于 通 州 黄
来 潞 河 中 学 ， 于 １３ 并 ９ ７年 通 过 潞 河 中 学 向 燕 京 获 得 燕 京 大 学 学 士 学 位 后 ， 到 西 南 联 大 担 任 大 学 的 保 送 考 试 ， 入 燕 京 大 学 物 理 系 学 习。 进 潞 河 中 学 和 燕 京 大 学 都 是 美 国 人 在 中 国 办 的
和 薛 定 锷 量 子 力 学 理
论 的 等 价 性 ” 就 是 在 此 基 础 上 完 成 的。 抗 日 战 争 爆 发
后 ， 国 的三 所 著 名 大 学 ： 华 、 大 、 开 迁 中 清 北 南 至 云 南 昆 明 ， 成 国 立 西 南 联 合 大 学 。 当 时 西 组 南 联 大 物 理 系 规 模 虽 然 不 算 大 ，但 是 人 才 济
制 ， 杂 质 或 缺 陷 引 起 的 漫 散 射 ， 来 被 称 为 即 后
考 取 了 理 论 物 理 研 究 生 ， 师 是 著 名 物 理 学 家 导 吴 大 猷 （曾 任 台 湾 中 央 研 究 院 院 长 ） 杨 振 宁 和 。 张 守 廉 分 别 师 从 王 竹 溪 和 周 培 源 。 们 有 段 时 他 间 同 住 一屋 。 无论 在 回寝 室 的路 上 ， 是 在茶 还 馆 里 ， 们 都 喜 欢 讨 论 问题 ， 论 最 多 的 当然 他 讨 是 物理 问题 。 一 次 他 们 辩 论 量 子 力学 中测 量 有
助 教 。 如 同 鱼 儿 游 入 浩瀚 的 海 洋 ， 昆在 这里 黄
如 饥 似 渴地 吮 吸着 物理 知 识 的精 华 。 不 但 听 他
了许 多 物理 系 高年 级 以及 研 究生 课 程 ， 选 修 还
固体物理(黄昆)第一章总结
固体物理(黄昆)第一章总结.doc固体物理（黄昆）第一章总结固体物理学是一门研究固体物质微观结构和宏观性质的学科。
黄昆教授的《固体物理》一书为我们提供了深入理解固体物理的基础。
本总结旨在概述第一章的核心内容，包括固体的分类、晶体结构、晶格振动和固体的电子理论。
一、固体的分类固体可以根据其结构特征分为晶体和非晶体两大类。
晶体具有规则的几何外形和有序的内部结构，而非晶体则没有长程有序性。
晶体又可以根据其内部原子排列的周期性分为单晶体和多晶体。
二、晶体结构晶体结构是固体物理学的基础。
黄昆教授详细讨论了晶格、晶胞、晶向和晶面等概念。
晶格是描述晶体内部原子排列的数学模型，而晶胞是晶格的最小重复单元。
晶向和晶面则分别描述了晶体中原子排列的方向和平面。
三、晶格振动晶格振动是固体物理中的一个重要概念，它涉及到晶体中原子的振动行为。
黄昆教授介绍了晶格振动的量子化描述，包括声子的概念。
声子是晶格振动的量子，它们与晶体的热传导和电导等性质密切相关。
四、固体的电子理论固体的电子理论是固体物理学的核心内容之一。
黄昆教授从自由电子气模型出发，介绍了固体中电子的行为和性质。
自由电子气模型假设电子在固体中自由移动，不受原子核的束缚。
这一模型可以解释金属的导电性和热传导性。
五、能带理论能带理论是固体电子理论的一个重要组成部分。
黄昆教授详细讨论了能带的形成、能隙的概念以及电子在能带中的分布。
能带理论可以解释不同固体材料的导电性差异，是现代半导体技术和电子器件设计的基础。
六、固体的磁性固体的磁性是固体物理中的另一个重要主题。
黄昆教授讨论了磁性的来源，包括原子磁矩和电子自旋。
磁性固体可以分为顺磁性、抗磁性和铁磁性等类型，它们的磁性行为与电子结构密切相关。
七、固体的光学性质固体的光学性质涉及到固体对光的吸收、反射和透射等行为。
黄昆教授介绍了固体的光学性质与电子结构之间的关系，包括光的吸收和发射过程。
八、固体的热性质固体的热性质包括热容、热传导和热膨胀等。
黄昆
黄昆中科院院士黄昆（1919.9.2－2005.7.6）固体物理、半导体物理学家。
浙江嘉兴人，生于北京。
1941年毕业于燕京大学。
1948年获英国布里斯托黄昆尔大学博士学位。
1955年选聘为中国科学院院士（学部委员）。
1980年当选为瑞典皇家科学院外籍院士。
1985年当选为第三世界科学院院士。
中国科学院半导体研究所研究员、名誉所长。
是国际著名的中国物理学家、教育家、中国固体物理学先驱、中国半导体技术奠基人。
主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究并取得多项国际水平的成果，是中国半导体物理学研究的开创者之一。
50 年代与合作者首先提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论即“黄-佩卡尔理论”；首先提出晶体中声子与电磁波的耦合振动模式及有关的基本方程(被誉为黄方程)。
40年代首次提出固体中杂质缺陷导致 X光漫散射的理论(被誉为黄散射)。
证明了无辐射跃迁绝热近似和静态耦合理论的等价性，澄清了这方面的一些根本性问题。
获2001年度国家最高科学技术奖。
人物介绍黄昆的一生和诺贝尔奖大师紧密相连，从英国布里斯托大学到爱丁堡大学，再到利物浦大学，从诺贝尔奖获得者莫特教授到玻恩教授，黄昆的第一个“黄金时代”到来了。
物理学大师玻恩是量子力学的创始人，也是晶体原子运动系统理论的开创者，早在第二次世界大战期间，玻恩就打算从量子学青年黄昆最一般原理出发，写一部关于晶格动力学的专著，但战后因忙于他事且年事已高，此事一度搁置。
1947年5月中旬，黄昆来到了爱丁堡大学玻恩教授处短期工作，工作中玻恩发现黄昆熟悉这门学科，且有深邃见解，便将完成用量子力学阐述晶格动力学理论的《晶格动力学》专著的重任交给了黄昆，同时交给他的还有玻恩的一些残缺不全的旧手稿……黄昆从1948年开始，在4年时间内不仅以严谨的论述和非常清晰的物理图像对这个固体物理学中的最基本领域进行了系统的总结，而且还以一系列创造性的工作发展和完善了这个领域。
“有一段时间，我同玻恩教授还发生了争论……”谁也没想到，黄昆当初写进的内容在1960年激光发现以后，一一被实验证实。
中国固体物理和半导体物理的奠基人--黄昆
引言
2005年7月6日16时17分，黄昆先生离我们而去了。 也许在中国，黄昆先生的名气没有袁隆平先生的 大，但他们两个是同时得到中科院500万大奖的人， 我想从这个角度上来看，也可以看到黄昆先生的 伟大。
简介
黄昆于1919年诞生在北京，祖藉为浙江嘉兴。 世界著名的物理学家和杰出的教育家，晶格动力 学的奠基人和权威，“极化激元”概念的最早阐 述者。与多声子跃迁理论、x 光漫散射理论、晶 格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模 型联系在一起的。 致力于凝聚态物理的科学研究和教育，以勤奋、 严谨、严于律己和诲人不倦而著称。
多声子跃迁理论的创始人
根据晶格弛豫概念，1950年，佩卡尔，黄昆与 Rhys分别独立地提出了多声子跃迁理论，即，由 于电子初态与末态对应不同的晶格平衡位置，初 态与末态的振动波函数之间不存在严格的正交关 系。黄昆与Rhys在著名文章＂F中心光吸收与无辐 射跃迁理论＂中同时建立了光跃迁和无辐射跃迁 多声子理论，发表后立即引起国际学术界的重视， 因而人们常称多声子跃迁理论为黄—Rhys理论.
黄金时代（二）
在国际物理界沉寂近30年后，黄昆又重新活跃起 来了，他开始了自己研究生涯中的第二个“黄金 时代”。正如国际著名固体物理学家卡多纳所描 述：“他好比现代的凤凰涅槃，从灰烬中飞起又 成为世界领头的固体物理学家”。
黄昆针对国际上在多声子无辐射跃迁理论中出现的 疑难问题重新开展了研究，终于证明在消除康登近 似带来的不自洽性后，绝热近似与静态耦合是等价 的。科研取得了令人瞩目的成绩，“黄—朱模型” 就是那个时代的代表性成果。
X射线入射到材料，会被周期排列的原子的电子所 散射，并在一定的反射角出现非常锐的衍射峰。 然而，实际材料往往偏离严格的周期排列，可能 原因之一是由于材料中存在杂质或缺陷，这种由 杂质或缺陷引起的X光漫散射的机制是由黄昆在 1947年首先提来的，现在文献中被称为＂黄漫散 射＂（英文缩写HDS）或简称黄散射。
中国固体物理学和半导体物理学奠基人
中国固体物理学和半导体物理学奠基人作者：李健来源：《儿童大世界·科学教学》2021年第12期他是谁电脑等电子产品的核心部件是芯片，而芯片的生产又离不开半导体技术。
在这个领域，有一位科学家为全世界作出了突出贡献。
他就是荣获2001年度国家最高科学技术奖、世界著名物理学家、中国固体物理学和半导体物理学奠基人之一的黄昆。
他的成就黄昆对固体物理学作出了许多开拓性的贡献，在世界理论物理领域多次写上中国人的名字。
20世纪40年代，他提出的固体中杂质缺陷导到X光漫射的理论，自20世纪60年代起为外国学者证实并得到应用，被称为“黄漫射”。
1950年，他同夫人艾夫·里斯（李爱扶）合作，首次提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论。
该理论在六十年代被实验证实，被国际上称为“黄-里斯理论”或“黄-佩卡尔理论”。
1951年，黄昆首次提出晶体中声子和电磁波的耦合振荡模式，所提出的运动方程，被国际上称为“黄方程”。
他的成就黄昆与世界著名科学家诺贝尔奖获得者玻恩教授合著的《晶格动力学理论》，于1954年由牛津大学出版社出版，成为该分支学科的基本理论著作，是该领域科学工作者的必读之书。
1987年，黄昆与朱邦芬开始研究量子阱中晶格振动的问题，提出和发展了关于半导体超晶格光学振动的系统理论。
这一理论的发现被国际学术界称作“黄-朱模型”。
他的故事1941年秋，黄昆被西南联大物理系聘为助教。
他除了每周带学生做一次普通物理实验外，还旁听了多门物理系高年级以及研究生課程，选修了群论、微分几何等数学系课程。
在西南联大读研究生时期，黄昆与杨振宁、张守廉合住一间宿舍。
西南联大学术氛围浓厚，师生互相之间进行讨论、辩论乃至争论司空见惯。
他们经常在路上、茶馆里、寝室中进行“论战”。
一次，三人辩论量子力学中测量的意义，从白天激战到傍晚，息灯后躺在床上仍在继续，最终三人都从床上跳起来，秉烛阅查海森堡的《量子理论的物理原理》。
黄昆对杨振宁极为推崇，称其为“天才”，并说：跟他讨论问题，我觉得在当时对我有很大的好处。
黄昆方程固体物理
黄昆方程固体物理
黄昆方程是用来描述固体物理系统的一种微分方程，由美籍华人
黄昆教授于1950年提出。
该方程在固体物理学中具有重要意义，被广
泛应用于描述固体中声波的传播、介质的弹性性质、材料的导电性等
问题。
黄昆方程可以描述声波在固体中的传播，其本质是描述了晶体中
的原子震动。
方程的形式为：
$$\frac{\partial^2u}{\partial
t^2}=\frac{1}{\rho}\nabla\cdot\sigma$$
其中，$u$表示固体中原子的位移，$\rho$表示固体的密度，
$\sigma$表示固体的应力张量。
该方程可以表达固体中声波的速度和
传播方向等信息，对于固体中声波传播的研究具有重要意义。
此外，黄昆方程还可以应用于固体的弹性性质和导电性质的研究。
利用黄昆方程可以计算和预测固体的弹性模量、泊松比等物理量，以
及固体中电子的导电性质等。
总之，黄昆方程是固体物理学中重要的微分方程，对于研究固体
中声波传播、弹性性质、导电性质等问题具有重要意义。
黄昆
黄昆
黄昆（1919～），1944年获北京大学硕士学位。
1945年赴英国深造，1947年获博士学位。
1947年他在研究稀固溶体理论中提出，固体中的杂质缺陷会导致X光漫散射，其强度集中在普通X光衍射斑点附近，20年后确认了这种现象，后来被称为"黄散射"。
"黄散射"成为直接有效地研究晶体微观缺陷的手段。
1950年他与里斯首次提出多声子辐射和无辐射跃迁的量子理论，国际上称此理论为黄－里斯理论。
该理论是研究固体杂质缺陷光谱和半导体载流子复合的奠基性
工作。
同年，黄昆综合介质的电磁理论和晶格动力学理论对极性晶体提出了一对唯象方程，它被称为"黄方程"，这一方程是处理极性晶体光学振动的基础。
1951年他从黄方程出发又推导出晶体中的声子与电磁波的耦合振荡模式。
他所预见的声子与电磁波的耦合振动模式于1963年被证实，命名为极化激元。
现在极化激元成为分析固体光学性质的基础，国际上称黄昆的工作是极化激元领域的里程碑。
1978年他证明了无辐射跃迁的绝热近似和静态耦合在理论上完全等价，澄清和统一了二十年来国际上关于无辐射跃迁理论的争论问题。
继而，他又提出了无辐射跃迁中声子统计规律性的理论。
黄昆在固体物理学理论领域、特别是在晶格动力学方面作出的开拓性研究，使他于1980年当选为瑞典皇家科学院外籍院士，1985年又当选为第三世界科学院院士。
曾任半导体研
究所所长，为我国半导体研究培养造就了大批人才。
著名物理学家黄昆2001年度国家最高科学技术奖获得者
▲2000年，（左起）李爱扶、黄昆、李政道、杨振宁出席在香港召开的第三届全球华人物理学大会
2001年度国家最高科学技术奖获得者
黄9
年9月~2005年7月）,
男，出生于北京，著名
物理学家，中国固体物理
学和半导体物理学的奠基人
之一，中国科学院院士，瑞
典皇家科学院外籍院士，第三世
界科学院院士。
曾任北京大学物理
系教授，中国科学院半导体研究所所
长、名誉所长，中国物理学会理事长。
著名物理学家 黄昆
1937年入燕京大学物理系学习，1941年毕业后到西南联合大学担任助教。
1945年10月赴英国布里斯托尔大学求学，师从国际著名固体
物理学家莫特（N.F.Mott）。
经大胆假设、认真求证，从理论上预言了
与晶格中杂质有关的X光漫散射，后被称之为“黄散射”。
1946年9月，
论文《稀固溶体的X光漫散射》发表在《英国皇家学会录A》上，其理
论在20世纪60年代获实验证实。
“黄散射”已发展成为一种能直接研究
固体中微观缺陷的有效手段。
1948年获英国布里斯托（Bristol）大学哲
学博士学位。
1949年起在英国利物浦大学理论物理系进行博士后研究。
模型”。
1988年10月，黄昆原著、韩汝琦改编的《固体物理学》正式出版，成为经典著作。
届理论物理弗雷曼奖”及“卓越外国学者”称号，何梁何利科学技术成就奖、陈嘉庚物理学奖；2001年获国家最高科学技术奖。
2005年7月6日在北京逝世。
黄昆简介黄昆夫人和子女
黄昆简介黄昆夫人和子女黄昆与家人黄昆是我国著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一，他的妻子李爱扶是英国人，跟着他漂洋过海回到了中国，同样也为物理研究做出了贡献。
黄昆简介>黄昆（1919.9.2-2005.7.6），浙江嘉兴人，出生于北京。
[世界著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一。
>1941年（中华民国三十年）毕业于燕京大学，1948年（中华民国三十七年）获英国布里斯托尔大学博士学位，1955年当选为中国科学院院士，1957年加入九三学社，2001年获年度国家最高科学技术奖。
>黄昆主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究，提出了稀固溶体的X-光漫散射理论和晶体光学振动的唯象方程，并预见了晶体光学声子和电磁场的耦合振动模式，被称为“黄散射”和“黄方程”，提出并发展了由晶格弛豫引起多声子跃迁理论（包括光跃迁和无辐射跃迁），被称为“”提出了有效解决半导体超晶格光学振动模型，并阐明其光学振动模式的要点，被称为“黄一朱模型”。
与玻恩合著的《晶格动力学理论》成为该学科领域的第一部权威专著和标准参考文献。
>黄昆夫人和子女>1952年4月，在中国天津港，初春的寒意依然弥漫，但却丝毫不能减弱这对异国恋人久别重逢时相拥的温度。
这一天，黄昆斜挎着一个布兜，带着一把雨伞，从一艘英国货船上挽下他心爱的女友；也从这一天起，这位漂亮的英国小姐有了一个同样漂亮的中国名字：李爱扶。
>从里斯到李爱扶，从翩翩的英国少女到内秀的中国妻子，外人看来的不平凡，对于黄昆夫妇而言却是如此自然。
与其他普通的中国妻子相比，李爱扶唯一的不同，便是多了一支毛笔，多了一节中文课。
1956年，李爱扶加入中国国籍。
从此之后到八十年代的三十年中，李爱扶从来没有离开过北京。
在黄昆家，最好的饭菜是炖一锅吃一个星期的红烧肉，官方语言则是雷打不动的中文。
虽然黄昆和李爱扶的英文都极好，但两个儿子在成长中遇到最大的学习困难竟然是：英文不好。
【物理巨人】科苑中的一棵常青树——记固体物理学家黄昆教授
【物理巨人】科苑中的一棵常青树——记固体物理学家黄昆教授1985年盛夏的一天，中国科学院学部委员（院士）、半导体研究所名誉所长黄昆教授收到第三世界科学院院长、国际理论物理中心主席萨拉姆教授发来的一封电报，电文如下：“黄昆教授，我荣幸地通知您，在7月7日举行的全体大会上，您已被选为第三世界科学院院士，仅致良好的祝愿。
”黄昆教授已经不是第一次接受这样的荣誉了。
1980年，他被选为瑞典皇家科学院外籍院士，他是这个以评选诺贝尔科学奖而闻名于世的科学院中唯一的中国科学家，作为一位对于固体物理学做出卓越贡献的科学家黄昆教授来说，接受这些荣誉也是受之无愧的。
○ 2001年与王选共同获最高国家科学技术奖早在青年时代，黄昆就以固体物理学中的重要成果“黄散射”、“黄-佩卡尔理论”、“黄方程”以及与近代物理学大师M.波恩合著《晶格动力学》一书而闻名于国际物理学界。
新中国成立不久，1951年黄昆由海外归来，按照事先的约聘任教于北京大学。
1977年11月出任中国科学院半导体研究所所长，1983年任名誉所长。
三十五年中，黄昆教授呕心沥血为新中国培养和造就了一批又一批的物理学家，同时也继续研究固体物理学中一些重要而基本的问题，在晶格弛豫和多声子跃迁理论方面不断做出新贡献。
现在年近古稀的黄先生，仍然孜孜不倦地勤奋工作着，不断思考着，指导许多研究课题的进行，还亲自动手做具体计算，在科学道路上永不停歇地攀登。
作为他身边的科研人员和学生，我们都深深地为之感动。
我们赞美他——科苑中的一棵常青树。
严谨的学风黄昆生于1919年，自小勤奋好学，天赋又高，学习成绩很优秀。
在燕京大学物理系学习时，就喜欢和同学讨论问题，并时有独到的见解。
1941年，他来到昆明西南联大任物理系助教，1942年考上该校物理系研究生，导师是著名物理学家吴大猷教授（现任台湾“中央研究院”院长）。
当时云南虽然是抗战后方，生活和工作条件十分艰难，而西南联大人才云集，学术空气极为活跃，随吴大猷先生工作，对黄昆以后从事固体物理的研究有着深远影响。
2001年国家最高科学技术奖获奖者黄昆简介
2001年国家最高科学技术奖获奖者黄昆简介2010年06月03日14:15人民网我要评论(0)字号：T|T黄昆院士，男，1919年9月出生于北京市，1948年获英国布里斯托大学哲学博士学位，中国科学院半导体研究所名誉所长、研究员。
黄昆院士是世界著名的物理学家，在固体物理学科作出了许多开拓性的重大贡献，对推动固体物理学的发展起了重要作用，是我国半导体物理学奠基人。
黄昆在固体物理学的一些领域中，进行了开拓性工作。
1947年黄昆提出固体中杂质缺陷导致X射线漫散射的理论，70年代已为国外一些科学家所证实和应用，成为研究固体中杂质缺陷的一项有力的手段，被称为“黄散射”；近年来国外在中子衍射中还证实了这种漫散射。
1950年黄昆与A．里斯一起提出了多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论。
同年苏联C．и．佩卡尔发表了与黄昆的有关辐射部分相平行的理论，但没有考虑到无辐射跃迁问题。
黄昆和佩卡尔的理论是近年来研究固体杂质缺陷光谱和半导体载流子复合的奠基性的工作，被国际上称为“黄-佩卡尔理论”或“黄-里斯理论”。
1951年黄昆提出了晶体中声子与电磁波的耦合振荡模式，1963年被喇曼散射实验所证实，被命名为极化激元，后来发现其他物质振动也有类似的与电磁波的耦合模式，也被称为极化激元。
现在极化激元已经成为分析固体某些光学性质的基础。
黄昆当时提出的方程，被称为“黄方程”。
黄昆与M．玻恩合著的Dynamical Theory of Crystal Lattices（《点阵动力学理论》，1954年出版，1957年苏联译成俄文出版）一书是公认的这一学科领域的一部权威著作。
1951年底黄昆回到了刚刚解放不久的新中国，到北京大学物理系任教。
为了培养国家急需的科技人才，他毅然中断了自己进行多年，并已取得卓著成就的固体理论研究，投身于普通物理课程的教学工作，与虞福春、褚圣麟等一起，建立了具有中国特色的普通物理教学体系。
1956年由北京大学、复旦大学、南京大学、吉林大学、厦门大学五校联合在北大物理系建立了中国第一个半导体专门化，黄昆任教研室主任，为开创发展中国半导物理学科的教育事业；为培养、造就中国半导体技术骨干队伍，作出了重要贡献，成为中国半导体物理学科的开创者之一。
一代宗师,科学泰斗———黄昆院士
编者按! ! 黄昆先生是世界著名的物理学家， 他对固体物理学作出了许多开拓性的重大贡献， 是我国固体物理学 和半导体物理学的奠基人之一" 他的理论产生着深远的影响， 不仅对固体物理学的发展具有重要的理论意义， 而且 对信息产业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有重要的现实指导意义" 新中国成立以来， 他投身于国家教育事业， 从事于普通物理、 固体物理和半 导体物理等的教学工作， 培养了一批又一批国家科技栋梁之才" 黄昆先生与 《 物理》 有着深厚的缘分， 他在 《 物理》 上发表的文章受到读者的广泛关注， 令 《 物理》 增色； 黄先生也曾多次表示 《 物理》 是他晚年以来唯一坚持阅读的期 刊， 足见黄先生对 《 物理》 的喜爱" #$$% 年 & 月 ’ 日， 黄昆先生不幸逝世， 我刊特组织这组文章以表达我们对先生的 深切悼念和深深的哀思" 伟人已逝， 但先生的精神与风范长存"
一代宗师， 科学泰斗— — —黄昆院士
士 （ ()+% 年） " 黄昆院士是世界著名的物理学家， 他对固体物 理学作出了许多开拓性的重大贡献" 他从理论上预 言了与晶格中杂质有关的 / 射线漫散射， 以后被称 为 “ 黄散射” " 这个理论在 #$ 世纪 ’$ 年代获实验证 实， “ 黄散射” 已发展成为一种能直接研究固体中微 观缺陷的有效手段" 他的多声子跃迁理论， 以 “黄 0 里斯因子” 而著称于世" 他提出关于描述晶体中光 学位移、 宏观电场与电极化三者关系的 “ 黄方程” 和 由此引伸的电磁波与晶格振动的耦合， 即后来称为 极化激元的重要概念" 他在 ()%( 年完成了与 ()%* 年诺贝尔物理奖获得者玻恩一起合著的 《 晶格动力 学理论》 一书， 成为当代固体物理学界人尽皆知的 科学巨著" %$ 多年来被世界各地的物理学研究者推 崇备至， 奉若 “ 圣经” 一般， 是一部有世界影响的经 典性科学专著" ! ! 黄昆院士 ()() 年 ) 月出生于北京， ()*( 年毕 业于燕京大学物理系" ()*( —()*# 年任西南联合大 学物理系助教" ()*# —()** 年任西南联合大学研究 生， 师从中国现代物理学奠基人之一吴大猷教授" ()*% 年赴英国布里斯托大学留学， 师从固体物理学 大师、 ()&& 年诺贝尔物理奖获得者莫特爵士" ()*+ 年获英国哲学博士学位" ()*& —()*+ 年在英国爱丁 堡大学玻恩教授 （ ()%* 年诺贝尔物理奖获得者） 研 究组作短期访问研究" ()*+ —()%( 年在英国利物浦 大学理论物理系任 ,-, 博士后研究员， ()%( —()&& 年在北京大学物理系任教授， ()%% 年被选为中国科 学院学部委员 （ 院士） " ()&& —()+. 年任中国科学院 半导体研究所所长， ()+. 年起任名誉所长" ()+& — ())( 年任中国物理学会理事长" 他先后被选为瑞典 皇家科学院外籍院士 （ ()+$ 年） ， 第三世界科学院院
(完整版)黄昆版固体物理学课后答案解析答案
《固体物理学》习题解答黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考）第一章 晶体结构1.1、解：实验表明，很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。
因此，可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。
这样，一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。
它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比，即：晶体原胞的空间利用率， VcnVx = （1）对于简立方结构：（见教材P2图1-1）a=2r ， V=3r 34π，Vc=a 3，n=1 ∴52.06r 8r34a r 34x 3333=π=π=π= （2）对于体心立方：晶胞的体对角线BG=x 334a r 4a 3=⇒= n=2, Vc=a 3∴68.083)r 334(r 342a r 342x 3333≈π=π⨯=π⨯= （3）对于面心立方：晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=⇒= n=4，Vc=a 374.062)r 22(r 344a r 344x 3333≈π=π⨯=π⨯= （4）对于六角密排：a=2r 晶胞面积：S=6260sin a a 6S ABO ⨯⨯=⨯∆=2a 233 晶胞的体积：V=332r 224a 23a 38a 233C S ==⨯=⨯ n=1232126112+⨯+⨯=6个 74.062r224r 346x 33≈π=π⨯= （5）对于金刚石结构，晶胞的体对角线BG=3r 8a r 24a 3=⇒⨯= n=8, Vc=a 334.063r 338r 348a r 348x 33333≈π=π⨯=π⨯=1.2、试证：六方密排堆积结构中633.1)38(a c 2/1≈= 证明：在六角密堆积结构中，第一层硬球A 、B 、O 的中心联线形成一个边长a=2r 的正三角形，第二层硬球N 位于球ABO 所围间隙的正上方并与这三个球相切，于是： NA=NB=NO=a=2R.即图中NABO 构成一个正四面体。
黄昆
谢谢观看
黄昆院士是中国科学界的典范，他呕心沥血，教诲提携。他严谨的治学风格培育出一批英才，他对祖国的赤 子之情，对事业的赤子之诚，对党的赤诚之心和高尚的情操将继续垂范世人，启迪后学。（彭桓武、戴......
后世纪念
铜像
追思会
2006年12月15日，由北京大学物理学院、北京大学微电子研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室 联合主办的黄昆先生铜像落成仪式在北京大学物理大楼举行，北京大学党委书记闵维方出席仪式，并与黄昆的夫 人李爱扶女士、长子黄志勤先生等一起为铜像揭幕。
黄昆和学生详细分析了Ⅲ-Ⅴ族化合物的量子阱和超晶格的空穴带的电子状态，发展了一种适用于超晶格结 构的简单有效的计算方法，从而对量子阱和超晶格结构中空穴子带的性质、价带杂化和外加电场等对量子阱和超 晶格中激子吸收的影响做了理论计算。他和学生系统研究了超晶格中的长波光学振动模式，指出流行的连续介电 模型的结果是不对的，基于他在1951年提出的偶极振子晶格模型，他们提出了一个能描述迄今了解的实验事实的 理论模型，得到了在一维和二维的量子系统中纵向光学振动和横向光学振动的类体模的正确描述。他们的这项工 作对理解半导体超晶格的光学性质、光散射效应、电子和格波的相互作用起到了重要作用。......
亲属成员
父亲黄徵是中国银行高级职员，母亲贺延祉也是银行职员。母亲毕业于北京女子师范大学。
人物评价
黄昆他好比现代的凤凰涅槃，从灰烬中飞起又成为世界领头的固体物理学家。[国际著名固体物理学家、德 国马克斯普朗克协会固体物理研究所前所长卡多纳（M．Cardona）评]
黄昆先生是世界著名的物理学家，他对固体物理学作出了人之一。黄昆先生一贯强调德才兼备，教书与育人相结合的教育原则，呕心沥血，教诲提携，以 极大精力投入为国家培养科技人才的光荣事业，认为在中国培养一支科技队伍的重要性远远超过他个人在学术上 的成就，堪称中国科学界的典范。黄昆先生为我们留下的不仅是一些举世瞩目的科学成果，还有在科学研究上不 断创新、勇于探索的精神，还有严谨求实的治学态度和淡泊明志的高尚情操。他对祖国的赤子之情，对事业的赤 子之诚，对党的赤诚之心和高尚的情操将垂范世人，启迪后学。（北京大学物理学院教授秦国刚院士评）
留白大师——中国固体和半导体物理学奠基者、著名物理学家黄昆
射， 这种漫散 射被 称作 “ 黄 漫散 射”， 或 简称为 “ 黄散 射” 。从２ ０ 世 纪６ Ｏ 年代
末￣ ｆ Ｊ ７ ０ 年代 初 ，“ 黄 散射 ” 发 展 成 为一
黄金时代
１ ９ ４ ５ 年１ ０ 月， 黄 昆 来 到 英 国 布 里
提 出了几个 “ 预言”， 如： 杂质原子的存 在 使布 拉格 衍 射峰 强 度减 小了一 个 因 子， 该 因子与倒格 矢 的平方成 反 比， 且 与杂质浓度 有关。
以当时 的实验 技 术 ， 这 些 发 现 根 本 不 可 能 得 到 一 一 验 证 。这 也 是 它 们 在 很 长 一 段 时 间 内被 称 为 “ 预言 ” 的 原 因 。２ ０ 多年 后 ， 黄 昆 的预 言 才 被 国 际 学 术 界 普 遍 承 认 ，为了 区 别 于 热 致 漫 散
作 占了大部 分， ６ ０ 岁以后的情形 是一方 面。 ”在获 得２ ０ ０ １ 年度 国家最高科学技
术奖之后 ， 黄 昆这 样 说 。
他Ｉ Ｚ ： ｌ 中的 “ ３ ３ 岁 以前 ” ， 指 的是 从
１ ９ ４ ５ 年到 １ ９ ５ １ 年 的旅 英时光 ， 学 术 界
多认 为那是他科研生涯中的黄金 时代 。
奖励故事 Ｉ 置 ＂。
【 国 家 最 高 科 学 技 术 奖 获 奖 者 风 采 ・ ２ ０ ０ １ 年 度 】 奖励故事
留 白大 师
中国 固体和 半导体物理 学奠基者、 著名物理学 家黄 昆
口 张 方 方
人物 简 介
黄昆， １ ９ １ ９ 年９ 月出生于北 京 ， 浙 江
嘉兴人 。中国科 学院院士 、 瑞 典皇家科 学院国外院士 、 第三世界科 学院院士 曾任北京大学教授 ， 中国科 学院半 导体
固体物理和半导体物理学的一位先驱 黄昆
黄昆先生的另一项工作，即与晶格弛豫相联系的多声子光跃迁 以及无辐射跃迁理论，同样是固体理论中一座光辉的里程碑。这项 工作涉及对局域态电子与声子相互作用的处理,而常规处理方法是不 适用的.黄昆和后来成为他夫人的RHYS一起,成功地用一个简单优美 的方法解决了困难,解释了实验的结果.多声子光谱理论，经过国际上 几位科学家的补充,已经成为光谱学中不可或缺的成熟的理论和分析 工具。而这篇文章中的无辐射跃迁理论，经过一段曲折的发展，特 别是黄昆本人在1970年代末和80年代初的进一步澄清，不仅在半导 体物理领域，而且在激光技术、发光材料物理、以至于化学反应动 力学的微观机制等诸多领域，发挥着重要的作用。而从纯理论的角 度来看,多声子跃迁理论是与场论中多年后才提出的动力学对称破缺
黄昆是老相识.他曾提出检测另一种激化激元-激子激化激元的方案 和相应的理论,后来由一个曾做他博士后的科学家实现了这个实验验 证。他也热心从事美中友好往来.在八十年代初，李政道创立的 CUSPEA考试给大批有志于物理学研究的年轻中国学生提供了赴美 留学的机会。而为了给已经在物理学研究中取得了相当成绩的中年 科学工作者也提供赴美深造的机会，中国和美国的物理学会准备建 立一个合作研究计划。 Birman非常热心于这项工作，后来充任这一 计划的美方委员会主席。大约在1983年，美国物理学会会长Marshak 和Birman来华讨论有关事宜。中方参与谈判的有当时的科学院院长 周光召以及黄昆等人。谈判进行得很顺利。然而在即将签署会谈的 备忘录时，却为一个词争论不下，美方的方案中说参加计划的中国 学者回国后将会在中国的物理学研究中起“leading role”，而中方 不同意这个词，美国人觉得这个词没什么，而黄昆坚持要改，双方 争论了很久，最后美方同意把“leading”改为“important”。大 约是出于对于中方这样的坚持不理解，Birman又提出一个问题：准 备好要签字的文本只有中文文本而没有英文。最后Marshak说，周 教授和黄教授都是我们的老朋友了，文本是不会有问题的。于是
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V (r a )] f (r a )
2 r a
和
2 x 2 ,
2 y2 ,
2 z 2
微分结果一样
T
Hˆ f
(r)
[
2 2m
2 r
V
(r)]
f
(r
a
)
Hf (r a ) HT f (r )
T H HT
布洛赫定理：当势场
V
(r )
具有晶格周期性时，波动
方程的解具有以下性质
(r
Rn
)
e
ik Rn
(r )
k 为一矢量。当平移晶格矢量为
了位相因子
e
ik
Rn
Rn
，波函数只增加
根据布洛赫定理，波函数可以写成
(r )
e
ik r
uk
(r )
布洛赫函数
H Hi
i
H i ( ri ) Ei ( ri )
能带理论的基本近似和假设:
3)周期性势场假设: 所有离子势场和其它电子的平均场是周期性势场
V ( r ) ( r ) u( r )
V ( r ) V ( r Rn )
在以上单电子近似核晶格周期性势场假定下，多
电子体系问题简化为在晶格周期性势场的单电子
TT T T
平移任意晶格矢量 Rm m1a1 m2a2 m3a3
对应的平移算符
T
(
Rm
)
T m1 1
(a1
)T2m2
(a2
)T3m3
(a3
)
（2） 平移算符和哈密顿量对易
对于任意函数
f (r )
T Hf (r ) [
2 2m
2 r a
§5.1能带理论的基本近似和假设:
实际晶体有大量的电子和原子核组成:
1) 绝热近似：
原子核质量比电子大，离子运动速度慢，讨论电子问题，认 为原子核是固定在瞬时位置上;
价电子变化最大，原子内层电子状态变化很小;内层电子和原 子核可以看成离子实。这可以得到电子体系的波动方程:
i
T和H存在对易关系，则H的本征函数同时也是各平移 算符T的本征函数
H E
T1 1 , T2 2 , T3 3
平移算符的本征值 1 , 2 , 3
周期性边界条件
(r ) (r ) (r )
(r (r (r
问题:
[
2 2m
2
V(
r
)] ( r
)
E(
r
)
理想晶体 — 晶格，等效势场V(r)均具有周期性
晶体中的电子在晶格周期性的等效势场中运动
波动方程
[ 2 2 V (r)] E
2m
晶格周期性势场
V (r ) V (r Rn )
§5.2 周期势场下电子波函数的一般特性:布洛赫定理
2i l3
3 e N3
引入矢量 Βιβλιοθήκη kl1 N1
b1
l2 N2
b1 , b2 , b3 倒格子基矢，有
b2
ai
l3
N3 bj
b3
2
ij
2i l j
j e Nj
平移算符的本征值 1 e ika1 , 2 e ika2 , 3 e ika3
e ik ( m1a1 m2a2 m3a3 )
(r )
布洛赫定理
(r
Rm
)
e
ik Rm
(r )
平移算符本征值的物理意义
2 2m
i2
1 2
i
j
4
e2
0
r
rij
V
(r1ri,
R1
Ra
)
(r
i
，Ra)
E(ri，Ra)
能带理论的基本近似和假设:
2) 平均场（单电子）近似: 多电子问题简化为单电子问题，每个电子是在固定的离 子势场以及其它电子的平均场中运动
1
i i ( ri ) 2
第五章 能带理论
能带理论： 研究固体中电子状态及运动规律的主要 理论基础
能带理论的成就： （1）定性地阐明了晶体中电子运动的普遍性的特点
如说明了导体、非导体的区别 晶体中电子的平均自由程远大于原子间距等. （2）能带论提供了分析半导体理论问题的基础，推 动了半导体技术的发展 （3）随着计算机技术的发展，能带理论的研究从定 性的普遍性规律发展到对具体材料复杂能带结 构的计算
晶格周期性函数 uk (r R) uk (r )
布洛赫定理的证明
晶格平移任意格矢量，势场不变
在晶体中引入描述这些平移对称操作的算符
T1 ,
T2 ,
T3
T f (r ) f (r a )
1, 2, 3
f (r )
为任意函数
（1）各平移算符之间对易
TT f (r ) T f (r a ) T T f (r )
将
T
(
Rm
)
T m1 1
(a1
)T2m2
(a2
)T3m3
(a3
)
作用于电子波函数
T
(
Rm
)
(r)
(r
Rm
)
T m1 1
(a1
)T2m2
(a2
)T3m3
(a3
)
(r)
(r
Rm )
m1 1
m2 2
m3
3
(
r
)
(r )
(r
N2a2
)
(r )
T2N 2
(r )
N 2
2
(r )
对于
(r ) (r N3a3 )
(r)
T3N 3
(r)
N 3
3
(r)
l1 , l2 , l3
整数
2i l1
1 e N1
2i l2
2 e N2
N1a1 ) N 2a2 ) N3a3 )
三个方向 a1 , a2 , a3 上的原胞数目 N1 , N2 , N3
总原胞数 N N1 N2 N3
对于 (r ) (r N1a1 )
(r )
T1N1
(r )
1N1
(r )
对于
e2
其中 i ( ri ) 代表电子i与其它
i j 4 0 r rij 电子的相互作用势能.
此外: V ( r1ri , R1 Ra )
uia ui
ia
i
则第i个电子的哈密顿量:
2
r r Hi 2m
2 i
i
(
i ) ui (
)
i
体系: H( r1ri) E( r1ri)