固体物理学教学大纲--北京航空航天大学
固体物理课程教学大纲
《固体物理》课程教学大纲一、《材料制备技术》课程说明（一）课程代码：08131007（二）课程英文名称：Solid State Physics（三）开课对象：物理系本科专业（四）课程性质：本课程是材料物理专业和应用物理专业的一门专业必修课。
（五）教学目的这是继大学物理以后基础且关键的一门课程。
通过本课程的学习，使学生了解晶体结构的基本描述、固体材料的宏观和微观特性，以及自由电子模型和能带理论等，掌握周期性结构固体材料的常规性质和处理方法，为以后专业课程的学习提供基础的知识。
（六）教学内容：基本内容有两大部分：一是晶格理论，二是固体电子理论。
晶格理论包括：晶体的基本结构及确定晶格结构的X光衍射方法；晶体中原子间的结合力和晶体的结合类型；晶格的热振动及热容理论；晶格的缺陷及其运动规律。
固体电子论包括：固体中电子的能带理论；金属中自由电子理论和电子的输运性质。
（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学分数：4（八）教学方式：课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定，出勤情况占20％，平时成绩占20％，期末成绩占60％。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章晶体的几何教学要点：通过本章的教学使学生初步了解晶体几何学的基本知识，掌握晶格、晶面、晶向等基本概念，对点群和对称性有一定的了解。
教学时数：12教学内容：第一节：晶格及其周期性第二节：晶向、晶面和它们的标志第三节：晶体的宏观对称和点群第四节：晶格的对称性考核要求：1.理解单晶、准晶和非晶材料原子排列在结构上的差别（领会）2.掌握原胞、基矢的概念，清楚晶面和晶向的表示，了解对称性和点阵的基本类型（识记）3.了解简单的晶体结构（识记）4.掌握倒易点阵和布里渊区的概念，能够熟练地求出倒格子矢量和布里渊区（应用）第二章晶体的结合教学要点：了解晶体的基本结合形式，掌握原子的负电性的基本原理，能熟练计算离子晶体的结合能。
《固体物理》复习大纲
«固体物理»复习大纲招生专业：凝聚态物理/材料物理与化学固体物理学的基本内容(专题除外), 主要有:晶体结构, 晶体结合, 晶格振动和晶体热学性质, 晶体的缺陷, 金属电子论和能带理论.主要参考书目: 1. 黄昆, 韩汝琦, 固体物理学, 高教出版社2. 陆栋, 蒋平, 徐至中, 固体物理学, 上海科技出版社3. 朱建国, 郑文琛等, 固体物理学, 科学出版社«新型功能材料»复习大纲招生专业：材料物理与化学/光学工程一、复习大纲1，材料、新材料的重要性；2，材料科学、材料工程、材料科学与工程的学科形成与学科内涵；3，材料科学与工程的“四要素”的内容；“四要素”间的相互关系（用图来表示）；“四要素”在材料研究中的作用；（要求能结合具体材料事例予以说明）4，如何理解材料、特别是新材料是社会现代化的物质基础与先导；5，怎样区分结构材料和功能材料？新型功能材料的内涵是什么？6，了解新型功能材料中相关科学名词的解释，并能给出适当的例子，如：信息材料；光电功能材料；能源材料；高性能陶瓷；纳米材料；晶体材料；人工晶体（材料）；压电材料；铁电材料；复合材料；梯度材料；智能材料与结构；材料设计；环境材料；低维材料；生物材料；非线形光学材料；光子晶体；半导体超晶格；等等；7，注意了解材料检测评价新技术的发展；注意了解材料的成分测定、结构测定、形貌观测的方法；材料无损检测评价新技术的发展概况；8，能结合具体的材料对象，给出材料的成分分析、原子价态分析、结构（含微结构）分析、形貌分析等所采用的主要技术，以及利用这些技术所得出的主要结果；9，对若干常用的分析技术，包括：X射线衍射分析（XRD），原子力显微镜分析（AFM），扫描电子显微镜分析（SEM），透射电子显微镜分析（TEM），俄歇电子能谱分析，X射线光电子能谱分析（XPS），核磁共振谱分析，等，能结合具体事例，阐述它们在材料物化结构分析中的作用和能解决的具体问题；10，材料科学技术是一门多学科交叉的前沿综合性学科；材料科学技术的学科内涵极为丰富；当代材料科学技术正在飞速发展，其主要发展趋势可以归纳为8个方面。
大学物理《固体物理学》教案
《固体物理学》教案陈晓明 物理学与信息技术学院 （二零一二年十一月）《固体物理学》教案 【基本信息】任课系部：物理学与信息技术学院课程名称固体物理学课程编号0641121教学对象课程类型授课方式 总学时数 学时分配 教材名称物理学专业 年级/学期 三年级/第二学期 授课方式 单班(√);合班()必修课公共基础课(); 专业课(√)选修课限选课(); 任选课()课堂讲授(√)；讨论课(√)考核方式考试(√)；考查()54学分数3课堂讲授 49 学时；讨论课 5 学时《固体物理学》 作者黄昆 韩汝琦出版社 /出版时间高等教育出版社 /2006《固体物理简明 教程》蒋平 徐至中复旦大学出版社 /2010《固体物理基础》阎守胜北京大学出版社 /2002指定参考书 《固体物理基础》 作者韦丹出版社 /出版时间清华大学出版社 /2010《固体物理教程》王矜丰《Introduction to Solid State Physics》CHARLES KITTEKL授课教师陈晓明职称 副教授单位山东大学出版社 /2008John Wiley /Eighth Edition物理学与信息技术 学院《固体物理学》教案 【教学单元首页】授课题目（章、节）第一章 晶体结构 第 3 节 典型的晶体结构主要本节主要阐述简单立方结构、面心立方结构、体心立方结构等晶体结构，讲解各晶体内 结构中原子的排列方式；掌握计算各晶体结构中的原子的配位数及致密度的方法。
容通过本节的学习使学生在知识、能力与情感态度方面达到如下的目标：知识目标： A. 掌握晶体结构的基本类型，主要包括以下几种：简单立方结构、面心立方结构、体心立方结构； B. 掌握各晶体结构中原子的排列方式； C. 会计算各晶体结构中的配位数及致密度。
为后续内容的学习做好理论知识的准备。
能力目标：教A. 培养学生分析推理的能力：通过对晶体结构知识的学习，引导学生从晶体结构的学 角度去思考材料物理性能的各种差异。
固体物理教学大纲课程名称固体物理课程性质专业必修课
固体物理教学⼤纲课程名称固体物理课程性质专业必修课《固体物理》教学⼤纲⼀、课程名称：固体物理⼆、课程性质：专业必修课三、课程教学⽬的：（⼀）课程⽬标：通过固体物理学课程的学习，使学⽣树⽴起晶体内原⼦、电⼦等微观粒⼦运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒⼦的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进⼀步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建⽴初步的理论基础。
（⼆）教学⽬标：第⼀章晶体结构【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣了解晶格结构的实例、⾮晶态和准晶态的特征；理解和掌握晶体结构的周期性特征及其描述⽅法；理解和掌握晶体结构的对称性特征及其描述⽅法；理解和掌握倒格⼦的定义及其与正格⼦的关系；熟悉有关晶体结构的基本分析与计算。
借助于多媒体展⽰，使学⽣建⽴起晶体结构特征的直观图像。
第⼆章晶体的结合【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣了解晶体结合⼒的⼀般性质；掌握晶体的结合类型与特征；理解元素和化合物晶体结合的规律性；掌握离⼦晶体的结合能、体积弹性模量的计算；掌握范德⽡⽿斯晶体的结合能、体积弹性模量的计算。
在教学中，能够使学⽣认识到吸引与排斥的⽭盾的差别和对⽴统⼀是认识与理解固体的结合规律与性质的关键，培养学⽣的辩证思维能⼒。
第三章晶格振动与晶体的热学性质【教学⽬标】通过本章的教学，能够使学⽣理解简谐近似、格波概念、声⼦概念；理解玻恩-卡曼边界条件；了解三维格波的⼀般规律、晶格振动的⾮简谐效应；了解确定晶格振动谱的实验⽅法；掌握⼀维单原⼦、双原⼦晶格振动的格波解与⾊散关系；掌握晶格振动模式密度的计算⽅法；理解晶格热容量的量⼦理论、掌握爱因斯坦模型与德拜模型；理解格林爱森近似、掌握晶格状态⽅程。
结合例题分析和习题训练，提⾼学⽣分析问题和解决问题的能⼒。
第四章能带理论【教学⽬标】通过本章的教学，使学⽣能够了解晶体能带理论的基本假设和处理问题的基本思路；理解布洛赫定理及其推论的证明，掌握晶体能带的基本特征；熟悉克龙尼克—潘纳模型的求解与结论；熟悉布⾥渊区、费⽶⾯等基本概念；了解平⾯波⽅法、赝势⽅法；掌握近⾃由电⼦近似⽅法及其结论；掌握紧束缚近似⽅法的运⽤；掌握能态密度的计算⽅法。
北航基础物理教学大纲
北航基础物理教学大纲北航基础物理教学大纲北航（北京航空航天大学）作为中国一流的理工科大学之一，其基础物理教学大纲具有一定的重要性和影响力。
基础物理作为理工科学生的必修课程之一，对于培养学生的科学素养和物理思维能力具有重要意义。
本文将探讨北航基础物理教学大纲的内容和特点。
首先，北航基础物理教学大纲涵盖了广泛的物理领域。
大纲中包括了力学、热学、电磁学和光学等基础物理学科内容。
这些学科是理解和掌握物理学基本概念和原理的基础，也是后续专业课程的前置知识。
通过学习这些内容，学生可以建立起对物理学的整体认识，并为日后的学习打下坚实的基础。
其次，北航基础物理教学大纲注重理论与实践相结合。
物理学作为一门实验科学，理论知识与实验操作相辅相成。
在大纲中，北航规定了一定的实验教学内容，旨在通过实践操作加深学生对物理原理的理解和应用能力的培养。
这种理论与实践相结合的教学模式，能够帮助学生更好地理解物理学的概念和原理，并培养他们的实验技能和科学思维能力。
另外，北航基础物理教学大纲注重培养学生的问题解决能力。
在大纲中，除了基础的物理知识和原理，还强调了学生的问题解决能力的培养。
通过引导学生进行实践操作和解决实际问题的训练，大纲希望学生能够培养出批判性思维和创新能力，从而能够独立思考和解决复杂的物理问题。
此外，北航基础物理教学大纲还注重与其他学科的融合。
在大纲中，物理学与数学、力学、电子学等学科的联系被强调。
这种跨学科的融合教学模式，能够帮助学生全面理解物理学的概念和原理，并将其应用于其他学科中。
这种综合性的学习方式，能够培养学生的综合素质和跨学科思维能力，为他们未来的学习和研究打下坚实的基础。
最后，北航基础物理教学大纲还注重培养学生的科学道德和社会责任感。
在大纲中，强调了学生在物理学研究和应用中应该具备的科学道德和社会责任感。
这种注重学生综合素质和社会价值观培养的教学理念，能够帮助学生树立正确的科学态度和价值观，将所学的物理知识应用于社会实践中，为社会发展做出贡献。
固体物理课程教学大纲
固体物理课程教学大纲一、课程目标本课程旨在帮助学生全面理解和掌握固体物理学的基本概念、原理和方法，培养学生在实际问题中运用固体物理知识进行分析和解决问题的能力。
二、课程内容1. 固体物理学的基本概念1.1 固体物质的结构特点1.2 离子晶体、金属晶体和共价晶体的结构及其特征1.3 各种晶格结构的几何和物理性质2. 固体物理的热学性质2.1 热传导及固体的热导率2.2 固体的热膨胀及其应用2.3 热容与固体热力学性质2.4 固体的热导电和热辐射现象及其应用3. 固体物理的电学性质3.1 电导率与导体的性质3.2 半导体物理学基础3.3 超导体的基本原理和应用3.4 介电材料的特性和应用4. 固体物理的光学性质4.1 固体的吸收、散射和透射4.2 衍射和干涉现象及其应用4.3 光导纤维和光波导的原理和应用5. 固体物理的量子力学性质5.1 电子能带理论和晶体中的能带结构5.2 固体中的声子和声子态密度5.3 固体中的磁性和费米液体理论6. 固体物理的其他专题6.1 固体中的输运现象与能带理论6.2 固体材料的结构调控与性能优化6.3 纳米材料与纳米结构的物理特性6.4 固体物理在材料科学和工程中的应用三、教学方法1. 理论授课：通过演示、图例和实例解释固体物理学的基本概念和原理，让学生掌握科学的基本理论知识。
2. 实验教学：设计相关的实验，让学生亲自操作、观察和分析实验现象，培养学生实验动手和思维的能力。
3. 讨论与互动：组织学生讨论、合作和演示，提升学生的团队合作和表达能力。
4. 综合案例分析：引导学生关注固体物理学在实际问题中的应用，进行实际案例分析和解决方案的探讨。
四、考核方式1. 平时表现：包括课堂参与、作业提交和实验报告等。
2. 学术论文：要求学生完成一篇固体物理学相关的学术论文，包括文献综述、实验设计和数据分析等。
3. 期末考试：通过笔试形式考察学生对固体物理学知识的掌握程度和应用能力。
《固体物理学》教学大纲
《固体物理学》教学大纲
一、课程基本信息
二、课程教学目标
通过本课程的学习，使学生将能够了解固体物理学发展的基本情况，以及固体物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用，了解固体物理所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况，掌握固体物理学的基本概念和基本规律，掌握晶体宏观物理性质及其组成粒子之间相互作用与运动规律，并能解释晶体基本物理性质的微观机理，培养应用固体物理学理论分析和处理问题的能力。
三、理论教学内容与要求
四、考核方式
采用期末考试、平时考核的考核方式。
总成绩为100分，其中期末考试成绩占总成绩的70％，平时成绩(考核包括作业、出勤、课堂讨论等)占总成绩30％。
固体物理学课程教学大纲
《固体物理学》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；《固体物理学》是物理学院的主干基础课之一，是针对微电子专业的本科生开设于二年级的第二学期的专业基础课，4个学分，课堂讲授72学时。
（二）课程简介、目标与任务；固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。
它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，同时也是微电子专业本科生学习《半导体物理学》、《半导体材料》和《固体电子器件》等后续课程的基础。
本课程以点阵及晶体对称性为主线，以周期结构中的波动问题贯穿固体物理的整个教学内容。
掌握包括对点阵及晶体对称性的定义、表征和检测，以及在晶体中物质的运动规律。
在掌握知识架构的同时，对固体物理中处理多体问题的方法及其局限性有所了解，并了解一些重要概念的实验探测。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程要求：《力学》《量子物理》《热学》《热力学统计物理》先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：《力学》中的处理物体运动的基本规律，尤其是振动与波动内容，是本课程第四章结合周期性晶体结构推演格波性质的基础。
《量子力学》或《量子物理》中的升降算符与谐振子的能量量子化，是提出声子（晶格振动的能量量子）的理论基础。
《量子力学》或《量子物理》中关于散射态的处理，如直角势垒和直角势阱的散射态，是学习电子声子散射和电子杂质散射的理论基础，也是学习电子在周期性势场下行为的基础。
《量子力学》或《量子物理》中关于束缚态的处理，是本课程第八章学习非本征半导体的理论基础。
《原子物理学》或《量子物理》中类氢原子的量子理论基础，原子的壳层结构，电子的自旋，是本课程第三章学习晶体结合的理论基础。
《热力学统计物理》和《热学》的基本原理，气体分子动理论，能量均分定理，内能和热容，平衡态的统计规律，是学习本课程第五章声子热学性质的基础。
高等固体物理-第二章-材料的晶界、相界和表面
实际上两相之间并不存在截然的分界面 , 相与相之间是个逐步过渡的区域，界面区 域结构、能量、组成等都呈现连续性梯度 的变化。因此，表/界面不是几何学上的平 面，而是一个结构复杂，厚度约为几个分 子线度的准三维区域，因此常把界面区域 当作一个相或层来处理，称作界面相或界 面层。
按照固体的表面行为及结构，通常可以把表 面分为以下三类： 理想表面：没有杂质的单晶，作为零级近似可将清 洁表面定义为一个理想表面。这是一种理论上的结 构完整的二维点阵平面。 清洁表面：指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩 散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组 成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。真实 的清洁表面与理想表面间主要存在如下不同：表面 结构弛豫 ；表面结构重构 ；表面结构偏析 。 吸附表面：吸附表面有时也称界面。它是在清洁表 面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围 空间吸附在表面上的质点所构成的表面。一般可分 为顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。
固体的表面行为
液体在固体表面上的吸附行为
1.1.2 固体的表面结构
固体表面的结构和性质 在很多方面都与固体内 部存在显著的不同。研 究其结构是认识固体性 质的重要手段。
晶体内部的三维平移对 称性在晶体表面消失了。 因此固体表面为晶体三 维周期结构和真空之间 的过渡区域。
图1 不均匀表面的示意图
目录（contents）
材料中的晶界、相界与表面
1、晶界、相界和表面的定义
2、晶界、相界和表面的物理化学性质 3、晶界、相界和表面的形成特征
4、复合体系的界面结合特性
一、晶界、相界和表面的定义
1.1 固体的表面 表面定义:广义上的表面被视为一种特殊界面，即凝聚 相与气相（或真空）之间的分界面。 表面问题在材料研究、生产、使用过程中显得十 分重要，比如：固体物料之间的化学反应、溶质的浸 润及吸附等现象都在表面进行。 表/界面的划分
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2 40 春 2 40 春 2 40 春 2 40 春 2 32 秋
2 32 秋
2 32 秋 2 32 春 1 16 春 1 16 秋 1 16 秋 1 16 春 1 16 秋 1 16 春 1 16 春 2 32 春 2 32 春 2 32 春
固体物理讲义
固体物理领域
金 属 物 理 半 导 体 物 理 晶 体 物 理 磁 学 电 介 质 物 理 液 晶 物 理 固 体 发 光 超 导 体 物 理 固 态 电 子 学 固 态 光 电 子 学 固 体 光 谱 强 关 联 物 理
表 面 物 理
介 观 物 理
纳 米 物 理
绪论
固体物理的研究对象
固体物理 现代固体科学与技术 固体化学 材料工程学
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的基本研究方法
固体物理是一门实验性学科 —— 为阐明固体表现出的现 象与内在本质的联系，建立和发展关于固体的微观理论 固体是一个复杂的客体 —— 每一立方米中包含有约1029 个原子、电子，而且它们之间的相互作用相当强 固体的宏观性质 —— 就是大量粒子之间的相互作用和集 体运动的总表现
绪论
横向比较 固体物理：强调各类物质的共同规律性；研究固
体中性质的连续变化；探索固体性质 与结构之间的定量关系。
固体化学：注重固体物质随组成变化的特性；关
心的是由于化学反应产生的突变；着 重于对固体性质的定性认识。
绪论
纵向比较 固体物理：侧重研究构成固体物质的原子、离子及电子的运动和相互
作用，提出各种模型和理论，阐明固体的结构和物性——物理模型；
《固 体 物 理》
教 师： 朱泉峣 材料学院06级
学生专业：
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的研究对象 固体物理是研究固体的结构及 其组成粒子（原子、离子、电子等） 之间的相互作用与运动规律，以阐 明其性能与用途的学科。
【教学大纲】固体物理
《固体物理》课程教学大纲I课程实施细则一、教师信息主要研究邻域：凝聚态物理。
二、课程基本信息课程名称（中文）：固体物理课程名称（英文）：Introduction to Solid State Physics课程性质：□通识必修课□通识选修课□专业必修课■专业方向课■专业拓展课□实践性环节课程类别*：■学术知识类□方法技能类□研究探索类□实践体验类课程代码：12103001 12300781周学时：3总学时：48学分: 3先修课程：数学物理方法、量子力学、热力学与统计物理、矢量分析和线性代数授课对象：应用物理学、物理学（师范）本科三年级学生三、课程简介固体物理是物理系的一门专业限选课，它面向大三学生，是较为综合的课程。
固体物理学是材料和器件物理的重要理论基础，在对物理学中的较为具体的问题进行研究的过程中，它发展起来一整套科学概念、理论模型和研究方法，这些不仅对于学生获取有关学科的基础知识，而且对于培养学生科学思维，训练学生解决具体问题的能力等方面都是非常有益的。
主要内容包括：晶体结构、晶体结合、晶体振动和晶体的热学性质、能带理论、金属电子论等。
四、课程目标通过本课程的学习, 使学生学习和掌握固体的基本结构和固体宏观性质的微观本质, 学习和掌握处理微观粒子运动的理论方法，掌握运用能带理论分析晶体中电子性质的处理方法。
五、教学内容与进度安排第一章晶体结构教学内容第1章晶体结构1．1 晶体的宏观特性1．2 空间点阵1．3 晶格的周期性1．4 密堆积与配位数1．5 几种典型的晶体结构1．6 晶向指数与晶面指数1．7 晶体的宏观对称性1．8 晶体的微观对称性1．9 倒格子1．10 晶体结构的实验确定1．11 准晶教学目标了解晶体的特征、空间点阵、空间群。
掌握晶格周期性、原胞、基矢。
掌握典型的晶格结构、密堆积以及配位数计算。
掌握晶向、晶面、密勒指数。
掌握倒格子空间、倒格矢，正、倒格子基矢的变换，能够计算原胞体积、面间距。
固体物理学讲义.（ＰＤＦ）
绪论一固体物理的研究对象固体物理是研究固体的结构及其组成粒子原子离子电子等之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科 固体按结构分类取向对称晶体学上不允许的长程平移序和同时具有长程准周期性准晶准晶体短有序程无明确周期性非晶态非晶体长程有序规则结构晶态晶体:)(,:)(,:)( 二固体物理的发展过程人们很早注意到晶体具有规则性的几何形状还发现晶体外形的对称性和其他物理性质之间有一定联系因而联想到晶体外形的规则性可能是内部规则性的反映十七世纪C Huygens 试图以椭球堆集的模型来解释方解石的双折射性质和解理面十八世纪RJH 认为方解石晶体是由一些坚实的y ua &&相同的平行六面体的小基石有规则地重复堆集而成的到十九世纪费多洛夫熊夫利巴罗等独立地发展了关于晶体微观几何结构的理论系统为进一步研究晶体机构的规律提供了理论依据1912年劳埃首先提出晶体可以作为X 射线的衍射光栅索末菲发展了固体量子论费米发展了统计理论在这些研究的基础上逐渐地建立了固体电子态理论能带论和晶格动力学固体的能带论提出了导电的微观机理指出了导体和绝缘体的区别并断定有一种固体它们的导电性质介乎两者之间叫半导体四十年代末五十年代初以锗硅为代表的半导体单晶的出现并以此制成了晶体三极管进而产生了半导体物理这标志着固体物理学发展过程的又一次飞跃为了适应微波低噪音放大的要求曾经出现过固体量子放大器脉泽1960年出现的第一具红宝石激光器就是由红宝石脉泽改造而成的可以说固体物理学尖端技术和其他学科的发展相互推动相辅相成的作用反映在上述的固体新材料与新元件的发现和使用上新技术和其他学科的发展也为固体物理学提供了空前有利的研究条件三固体物理的学科领域随着生产及科学的发展固体物理领域已经形成了象金属物理半导体物理晶体物理和晶体生长磁学电介质包括液晶物理固体发光超导体物理固态电子学和固态光电子学等十多个子学科同时固体物理的本身内核又在迅速发展中主要有1研究固体中的元激发及其能谱以更深入更详细地分析固体内部的微观过程揭示固体内部的微观奥妙2研究固体内部原子间结合力的综合性质与复杂结构的关系掌握缺陷形成和运动以及结构变化相变的规律从而发展多功能的复合材料以适应新的需要3研究在极低温超高压强磁场强辐射条件下固体的性质4表面物理----在研究体内过程的基础上进入了固体表面界面的研究5非晶态物理----在研究晶态的基础上开始进入非晶态的研究即非晶体中原子电子的微观过程四固体物理的研究方法固体物理主要是一门实验性学科但是为了阐明所揭示出来的现象之间的内在的本质联系就必须建立和发展关于固体的微观理论实验工作与理论工作之间要相互密切配合以实验促进理论以理论指导实验相辅相成相得益彰第一章晶体结构固体的结构决定其宏观性质和微观机理本章主要阐明晶体中原子排列的几何规则性1-1 一些晶格的实例晶体组成微粒具有空间上按周期性排列的结构基元当晶体中含有多种原子多种原子构成基本的结构单元格点结点结构中相同的位子图1-1-1 结构中相同的位子点阵晶体中格点的总体又称为布拉菲点阵布拉菲格子这种格子的特点是每点周围的情况都一样如果晶体由完全相同的一种原子组成则这种原子所组成的网格也就是布拉菲格子和结点所组成的相同如果晶体的基元中包含两种或两种以上的原子则每个基元中相应的同种原子各构成和结点相同的网格不过这些网格相对地有位移而形成所谓的复式格子显然复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套构而成晶格通过点阵中所有节点的平行直线簇和平行平面簇构成的网格元胞反映晶格周期性的最小重复单元侧重最小重复单元每个元胞中只有一个格点晶胞晶体学单胞既反映晶格周期性又反映晶格的空间对称性的最小重复单元侧重空间对称性每个元胞可能不止一个格点一单原子组成的元素晶格1简单立方晶格图1-1-2 原子球的正方排列及其各层球完全对应层叠形成的简单立方晶格2体心立方晶格的典型单元及堆积方式图1-1-3体心立方晶格的典型单元及体心立方晶格的堆积方式3原子球最紧密排列方式与面心立方晶格和六角密排晶格图1-1-4原子球最紧密排列方式当层叠是ABABAB方式则构成六角密排晶格当层叠是ABCABCABC方式则构成面心立方晶格4金刚石类晶格金刚石类晶格是由面心立方单元的中心到顶角引8条对角线在其中互不相邻的4条对角线的中点各加一个原子就得到金刚石类晶格结构也可看成面心立方沿体对角线平移1/4体对角线套购而成除金刚石外半导体硅和锗也具有类似金刚石类晶格结构图1-1-5金刚石类晶格结构的典型单元二化合物晶体的结构1NCl类晶格结构其好似于简单立方晶格只是每一行相间地排列着正的和负的离子N a+和Cl-碱金属和卤族元素的化合物都具有类似的结构Cl类晶格结构2C其好似体心立方晶格只是体心和顶角是不同的离子3闪锌矿ZS类晶格结构和金刚石类晶格结构相仿只要在金刚石晶格立方单元的对角线位置上放置一种原子在面心立方位置上放置另一种原子441-2晶格的周期性对于晶格的周期性通常用元胞和基矢来描述图1-2-1 中除4外均为最小单元由此元胞的选取并不是唯一的但各种晶格元胞都有习惯的选取方式并用元胞的边矢量作晶格的基矢基矢之间并不都相互正交图1-2-1平面元胞示意图1 简单立方晶格的元胞三个基矢分别zy x e a a e a a e a v v v v v v ===32,,为a 13321a a a a =×⋅vv r2 面心立方晶格的元胞三个基矢分别为)(2),(2),(2321j i a a j i a a j i a a v v v v v v v v v +=+=+=43321a a a a =×⋅vv r3体心立方晶格的元胞三个基矢分别为)(2),(2),(2321k j i a a k j i a a k j i a a v v v v v v v v v v v v −+=+−=++−=23321a a a =×⋅v v r a)3322a l a l ++}设为元胞中任意一处的位子矢量r vQ代表晶体中的任一物理量则Q ()(11a l r Q r +=vv l 1l 2l 3为整数即任意两元胞中相对应的点的物理性质相同我们可以用表示一种空间点阵{a l a l a l v v v 321++即一组l 1l 2l 3的取值表示格子中的一个格点l 1l 2l 3所有可能的集合就表示一个空间格子实际晶体可以看成在上述空间格子的每个格点上放置一组基元可为多种原子这个空间格子表征了晶格的周期性称为布拉菲格子Cu 的面心立方晶格Si 的金刚石晶格和NaCl 晶格均具有相同的布拉菲格子—面心立方格子它们的晶格结构虽然不同但具有相似的周期性自然界中晶格的类型很多但只可能有十四种布拉菲格子。
固体物理学
（如Si，Ge，GaAs）
晶体又可分为：单晶和多晶，本节主要讲单晶。
单晶：在整块材料中，原子都是规则地、周期性地重
复排列的，一种结构贯穿整体，这样的晶体称 为单晶，如石英单晶，硅单晶。
多晶：是由大量的微小单晶体（晶粒）随机堆积成的
整块材料，如各种金属材料和电子陶瓷材料。
非晶（体）的基本特点：
无规则的外形和固定的熔点，内部结构也
本章主要介绍晶体中原子排列的几何规则。
理想晶体：组成晶体的粒子以某种排列规则无 限排列下去形成的晶体，其中不存在任何杂质 和缺陷。
缺陷：就是一种违反现存的排列规律而出现的
一种异常现象。
简而言之，晶体结构就是组成晶体的微粒的排 列规则
由于晶体具有周期性，因此在固体物理中通常都是从分析一
个完整而无限的单晶模型开始（理想晶体）。
期性特征。
在十九世纪末，费多夫、熊夫利（A.Shoenflies）、巴罗（W. Barlow）等独立地发展了关于晶体几何结构的空间群理论。
1912年劳厄（Laue）首先提出的X射线衍射方法，从实验上验证
了群理论。经过几十年研究，对晶体的特征有了一定了解，但对 非晶研究远不如晶体，对准晶的研究更不全面。
准晶： 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期 性，但无长程周期性
准晶是介于周期晶体和非晶玻璃之间的一种新的固体物质 形态。
目前已经发现的准晶材料多数为金属键化合物，结构独特， 性质优异。
具有5重旋转对称性，但不具有长程的平移对称性，不能 用一个原胞平移复制出全部晶格。
Al65Co25Cu10合金 准 晶
Y
(11) 红镍矿
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北京航空航天大学2017级博士研究生招生入学考试
《固体物理学》科目考试范围
一、晶体结构（掌握）
1、晶体中原子的周期性列阵
2、点阵的基本类型
3、晶列和晶面指数
4、简单晶体结构
5、原子结构的直接成像
6、非理想晶体结构
二、晶体衍射（掌握）
1、晶体衍射布喇格定律
2、散射博振幅
付里叶分析倒易点阵矢量衍射条件劳厄方程
3、布里渊区
典型晶体结构的倒易点阵
4、基元的几何结构因子及原子形状因子
5、X射线衍射的实验方法
三、晶体结合（掌握）
1、晶体结合的基本形式
2、分子晶体与离子晶体，范德瓦尔斯互作用，马德隆常数
3、弹性应变分析
四、声子（晶体振动及热学性质）（掌握）
1、一维原子链的振动
单元子链双原子链声学支光学支
2、格波
简正坐标格波能量量子化声子
3、声子动量
4、长波近似
5、固体热容
爱因斯坦模型德拜模型
6、非简谐效应
热膨胀热传导
7、中子的非弹性散射测声子能谱
五、晶体缺陷（了解）
1、晶体缺陷线缺陷面缺陷点缺陷
2、热缺陷及其运动
3、扩散及微观机理
4、杂质在外力作用下的扩散
5、位错的物理特性
六、固体电子论基础（掌握）
1、金属自由电子的物理模型
2、温度对费米-狄拉克分布的影响
3、三维情况下的自由电子气
4、金属自由电子的热容
5、金属的电导
6、电子在外加电磁场中的运动
漂移速度方程霍耳效应
7、金属的导热性
七、能带理论（掌握）
1、近自由电子模型
2、布洛赫定理
3、电子的准经典运动电子在周期势场中的波动方程
4、平面波法紧束缚近似法赝势法
5、金属半导体和绝缘体空穴的概念
6、费密面及费密面结构费米面研究中的实验方法
八、专题（了解）
金属与合金半导体晶体固体磁性固体的光学性质铁电体超导电性非晶态固体固体的表面与界面
低维固体与纳米结构
《现代光学》科目考试范围
一、光的传播和基本性质
1、光的电磁波理论（平面波和球面波）
2、惠更斯原理
3、费马原理
4、光传播的几何光学定律，折射率与光速和波长关系
5、光的电磁波基本性质及其证明
6、光度学基本概念（发光强度、亮度、朗伯余弦定律和光照度）
二、几何光学成像
1、近轴成像
2、理想系统成像理论
（1）光学系统基点基面，光焦度
（2）物像关系作图法
（3）利用牛顿公式和高斯公式计算物像关系
3、光学成像仪器及其原理
4、像差基础（像差的种类、产生原理、校正的方法）
三、波动光学
1、光波前函数的指数和复振幅描述
2、光的干涉
（1）干涉的充要条件
（2）衬比度
（3）分波前干涉（杨氏干涉，其它干涉装置）
（4）光场的空间相干性
（5）分振幅干涉（等厚和等倾干涉，迈克尔逊干涉仪及应用）
（6）光的时间相干性
（7）多光束干涉
3、光的衍射
（1）惠更斯-菲涅尔原理，基尔霍夫衍射公式
（2）近场菲涅尔衍射，半波带法与菲涅尔透镜（波带片）
（3）远场夫琅禾费衍射
光学系统的分辨率（圆孔衍射与爱里斑、瑞利判据、
光学仪器分辨本领）
（4）光栅及其特性
四、偏振
1、光的偏振态种类及其表征、偏振片和马吕斯定律
2、光在电介质表面的反射和折射
（1）反射光的半波损失和偏振特性
（2）斯托克斯倒逆关系
（3）隐逝波、近场光学显微镜
3、双折射
（1）双折射现象、基本规律和双折射的电磁理论
（2）光在晶体中传播的惠更斯作图法
（3）晶体光学器件（线偏振器、波片）
（4）圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验
（5）偏振光的干涉
五、光的吸收，色散和散射
1、光的吸收规律
2、光的色散（正常和反常色散，相速度和群速度）
3、光的散射原理（瑞利散射、米氏散射和拉曼散射）
六、傅里叶光学基础
1、余弦光栅及其特性
2、屏函数的傅里叶变换
3、阿贝成像和空间滤波
4、全息成像原理
七、光的量子性和激光
1、光的量子特性（光子：能量、动量、与波动的关系）
2、光子的发射和吸收（玻尔频率条件，爱因斯坦受激辐射理论）
3、激光原理（粒子数反转、增益和阈值、选频、激光光束特性）
《原子核物理》科目考试范围
一、原子核的基本性质
了解原子核的基本性质；熟悉原子质量、核半径的测量原理，熟悉原子核自旋、磁矩、电四极矩及其基本测量方法；掌握原子质量、质量数、核半径计算。
二、放射性和核的稳定性
了解原子核放射性的一般现象、稳定性的经验规律、液滴模型的基本物理思想、人工放射性的生长及放射性鉴年法；熟悉放射性平衡与递次衰变规律、放射性活度及其单位，熟悉基于液滴模型的原子核结合能半经验公式及其在核素质量、 稳定线计算中的应用；掌握放射性衰变的指数衰减规律，半衰期、衰变常量与放射性活度的关系，掌握质能关系，原子核质量与质量亏损、结合能的物理概念及计算。
三、核辐射测量
熟悉射线与物质的相互作用机制及规律，熟悉核辐射能谱测量与能量分辨、符合测量与时间分辨；了解核辐射测量基本原理及其应用、三种（气体、闪烁体、半导体）探测器的工作原理。
四、核力
掌握核力的主要性质，熟悉核力的主要研究途径。
五、α衰变
掌握α衰变中粒子能量、衰变能、核能级的关系，熟悉α衰变的实验规律及实验测量方法，了解α衰变的基本理论、质子及重离子放射性。
六、β衰变
掌握β衰变的三种类型及其衰变能计算，衰变纲图，跃迁分类和选择定则，熟悉β衰变谱特点及中微子的特性，衰变常量和比较半衰期，库里厄描绘，了解β衰变的费米理论，宇称不守恒。
七、γ衰变
掌握原子核γ跃迁能量、角动量、宇称和多极性的定义，跃迁几率及选择定则，内转换系数，熟悉级联γ辐射角关联及衰变纲图的建立，了解同质异能态和穆斯鲍尔效应。
八、核结构模型
了解幻数及幻数存在的实验依据；熟悉原子核壳模型的基本思想、单粒子能级及自旋轨道耦合的影响；掌握用壳模型单粒子能级确定原子核的基态角动量和宇称、衰变级次以及核磁矩等性质，掌握集体运动的物理内涵以及集体转动与振动的物理图象、原子核转动带和振动带能级规律。
九、原子核反应
了解核反应过程的三阶段描述，光学模型与复合核模型的基本思想，几种主要核反应的机制与特点；熟悉核反应截面及其分波分析法、核反应过程中的主要守恒定律、细致平衡原理；掌握反应能、Q方程、实验Q值、核反应阈能、实验室系与质心系转换、核反应产额计算。
十、中子物理
熟悉中子的基本性质，中子衍射的布喇格公式，中子平均自由程，慢化本领与长度；了解几种中子源方法，中子与物质相互作用，慢化
与扩散，中子衍射的原理与应用。
十一、原子核裂变和聚变
了解原子核裂变和聚变的物理原理和应用，裂变类型与裂变后现象，了解液滴模型与壳修正对裂变现象和机制的解释，可裂变参数；熟悉裂变能、裂变阈能、聚变能计算。
十二、原子核的亚核子物理
了解粒子的分类，物质结构与相互作用分类，标准模型及其发展；熟悉对称性与守恒定律。
十三、核天体物理学基础
了解早期宇宙中的粒子相互作用与原初核合成，恒星中核素形成与恒星演化，太阳中微子及其对宇宙演化的影响。
要求考生具有运用上述各章知识解决综合问题的能力。
本大纲未列内容不作要求。
《物理综合》科目考试范围
主要考察考生应用已有知识对自然界发生的各种物理现象和效应（力、热、光、电，磁，原子与分子等）的理解、对拟报考学科重大前沿及其进展的了解程度、对物理学研究方法及手段的掌握程度等，展示其对相关物理问题的分析和解决能力与培养潜质。