固体物理
固体物理
第1章晶体的结构（1）固体物质是由大量的原子、分子或离子按照一定方式排列而成的，这种微观粒子的排列方式称为固体的微结构。
（2）按照微结构的有序程度，固体分为晶体、准晶体和非晶体三类。
其中，晶体的研究已经非常成熟，而非晶体和准晶体则是固体研究的新领域。
（3）晶体的结构和特性决定了它在现代科学技术上有着及其广泛的应用，因此，固体物理学以晶体作为主要的研究对象。
§1.1 晶体的基本性质一、晶体的特征1.长程有序*虽然不同的晶体具有各自不同的特性，但是，在不同的晶体之间仍存在着某些共同的特征，这主要表现在以下几个方面。
*具有一定熔点的固体，称为晶体。
*实验表明：在晶体中尺寸为微米量级的小晶粒内部，原子的排列是有序的。
在晶体内部呈现的这种原子的有序排列，称为长程有序。
*长程有序是所有晶体材料都具有的共同特征，这一特性导致晶体在熔化过程中具有一定的熔点。
*晶体分为单晶体和多晶体。
在单晶体内部，原子都是规则地排列的。
单晶体是个凸多面体，围成这个凸多面体的面是光滑的，称为晶面。
（1）单晶体( Single Crystal )由许多小单晶(晶粒)构成的晶体，称为多晶体。
多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。
（2）多晶体( Multiple Crystal )由许多小单晶(晶粒)构成的晶体，称为多晶体。
多晶体仅在各晶粒内原子才有序排列，不同晶粒内的原子排列是不同的。
*晶面的大小和形状受晶体生长条件的影响，它们不是晶体品种的特征因素。
2.解理(Cleavage)（1）晶体具有沿某一个或数个晶面发生劈裂的特征，这种特征称为晶体的解理。
解理的晶面，称为解理面。
（2）有些晶体的解理性比较明显，例如，NaCl晶体等，它们的解理面常显现为晶体外观的表面。
（3）有些晶体的解理性不明显，例如，金属晶体等。
（4）晶体解理性在某些加工工艺中具有重要的意义，例如，在划分晶体管管芯时，利用半导体晶体的解理性可使管芯具有平整的边缘和防止无规则的断裂发生，以保证成品率。
固体物理学概论
固体物理学概论固体物理学是研究物质的结构和性质的一门学科，它涵盖了领域广泛且深奥的知识。
本文将为读者介绍固体物理学的基础知识和主要研究内容。
一、晶体结构晶体是物质在固态中具有长程有序的结构，其原子、离子或分子按照规则排列。
晶体结构对物质的性质和功能具有重要影响。
固体物理学研究晶体结构的方法和特性，发展了晶体学的基本理论。
1. 空间点阵空间点阵是描述晶体结构的重要工具，它由一组等距离的格点所组成。
常见的点阵有简单立方点阵、面心立方点阵和体心立方点阵等。
这些点阵可以通过平移和旋转操作来描述晶体的周期性。
2. 晶胞和晶格晶胞是晶体中基本重复单元，它由一组原子、离子或分子构成。
晶格是由晶胞组成的整体结构，它描述了晶体中原子的排列方式。
晶胞和晶格可以通过晶体学的实验方法进行确定。
二、电子结构电子结构是固体物理学中的核心内容，它研究了电子在晶体中的行为和性质。
电子结构决定了物质的导电性、磁性以及光学性质等。
1. 能带理论能带理论是描述晶体中电子分布的重要理论模型。
根据能量分布，电子在晶体中具有禁带和能带的概念。
导带和价带之间的能隙决定了物质的导电性质。
2. 费米能级费米能级是描述固体中电子填充状态的参考能量。
它决定了电子在晶体中的分布规律，以及固体的导电性质。
费米能级的位置和填充程度影响了物质的导电性。
三、磁性和磁性材料磁性是固体物理学研究的另一个重要方向。
固体材料在外加磁场下表现出不同的磁性行为，如铁磁性、顺磁性和反铁磁性等。
1. 磁化强度和磁矩磁化强度是描述材料对磁场响应的物理量，它与材料中的磁矩相关。
磁矩是材料中带有自旋的原子或离子产生的磁场。
2. 磁性材料的分类磁性材料可以根据其磁性行为进行分类。
铁磁材料在外加磁场下显示出强烈的磁化行为，顺磁材料对外加磁场表现出弱磁化行为，而反铁磁材料在一定温度下表现出特殊的磁性行为。
四、光学性质固体物理学还研究了固体材料的光学性质。
物质在光场中的相互作用导致了光的传播、吸收和散射等现象。
固体物理学的基础知识
固体物理学的基础知识固体物理学是物理学的一个重要分支，研究物质固态状态的性质和行为。
在这篇文章中，我们将介绍一些固体物理学的基础知识，包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
一、晶体结构晶体是指由周期性排列的原子、离子或分子组成的物质。
晶体结构描述了这些粒子在空间中的排列方式。
最基本的晶体结构是简单立方、面心立方和体心立方。
简单立方是最简单的结构，每个原子与其六个相邻原子相接触；面心立方在每个立方的面心上添加了一个原子；体心立方在每个简单立方的中心添加了一个原子。
除了这些基本结构，还存在许多复杂的晶体结构，如钻石和蓝宝石。
二、晶格常数晶格常数是描述晶体结构的一个重要参数。
它表示晶体中相邻原子之间的距离。
晶格常数可以通过实验或计算得到。
对于简单立方结构来说，晶格常数就是原子间距离；对于面心立方和体心立方结构，晶格常数与原子间距离有特定的关系。
三、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体结构中的一些缺陷或杂质。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和替位原子；线缺陷包括位错和螺旋位错；面缺陷包括晶界和界面。
晶体缺陷对晶体的性质有重要影响，如电导率、热导率和光学性质等。
四、固体力学性质固体力学性质描述了固体对外界力的响应和变形行为。
其中最基本的性质是弹性模量。
弹性模量分为压缩模量、剪切模量和杨氏模量，它们分别描述了固体对压力、剪切力和应力的响应。
除了弹性模量，还有塑性、断裂和疲劳等力学性质值得研究。
结论固体物理学的基础知识包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷和固体力学性质等内容。
通过对这些知识的研究，我们可以更深入地理解固体的性质和行为，为材料科学和工程技术的发展做出贡献。
希望本文对你对固体物理学的学习有所帮助。
参考文献：[1] Ashcroft N W, Mermin N D. Solid State Physics. Cengage Learning, 1976.[2] Kittel C. Introduction to Solid State Physics. John Wiley & Sons, 2005.[3] Rao C N R, Rao C N R, Omar Syed Ismail. Angular Momentum in Quantum Physics: Theory and Application. World Scientific, 2014.。
物理学中的固体物理与半导体物理
物理学中的固体物理与半导体物理物理学是一门研究自然界基本规律和物质运动规律的学科。
固体物理和半导体物理是物理学中两个重要的分支。
固体物理主要研究固态物质的性质、结构、形态和变化规律，包括晶体、非晶体、玻璃等物质的物理特性；而半导体物理则涉及半导体物理特性、器件设计与制造等方面。
一、固体物理固态物理是物理学中重要的研究分支，该分支主要研究固体物质的晶体结构和缺陷结构、热力学性质、运动学和电学性质、光学性质、磁学性质等基本性质以及与此相关的各种现象和方法。
在固态物理学中，晶体学是研究晶体结构的基础，这就是通过选择和分析非常具有代表性的结构来发现这种固体的晶化规律和晶格参数。
此外，固态物理涉及的另一个重要研究方向就是非晶体和玻璃等非晶态物质。
在非晶态物质的研究中，主要包括非晶体的结构参数、非晶体的性质和非晶体的制备等方面的基础的研究。
固体物理学不仅是物理学中的一个重要分支，还与许多其他领域如材料学、化学、地球物理学、凝聚态物理、生物学等有关。
此外，固态物理学可能有许多应用，如发电机、高速计算机、石墨烯等领域。
二、半导体物理半导体物理是现代半导体器件技术的理论基础。
半导体物理的研究对象是半导体及其器件，主要包括半导体物理特性、半导体器件设计与制造等方面。
许多现代电子器件，如半导体激光器、场效应晶体管、太阳能电池、LED等都是以半导体为基础制作的。
半导体物理中常用的理论工具是量子力学和固体物理学。
根据这些理论，在半导体材料中模拟、解释了许多基本物理现象，如PN结、金属-半导体接触、晶格缺陷等。
半导体器件制造中，半导体材料的热力学，量子理论、固体物理以及表面化学等方面都需要深入研究。
半导体物理研究的应用方面也非常广泛。
随着半导体技术的不断发展，人们对于半导体在电子、通讯、计算机、光学、生物医学、环境科学等领域的应用也越来越广泛，如手机、平板电脑、电子手表、汽车电子系统等。
三、固体物理和半导体物理的关系固体物理和半导体物理都是物理学中的重要分支，两者之间有着密切的联系和交叉。
固体物理自学
固体物理自学
固体物理是研究固态物质结构、性质和相互作用的物理学科。
如
果你想要自学固体物理，以下是一些建议：
1.准备好基础知识：固体物理是建立在基础物理学知识基础之上的，因此在自学固体物理之前，你需要熟悉牛顿力学、电磁学和量子
力学等基础理论。
2.选择合适的教材：有很多优秀的固体物理教材，如《固体物理
基础》、《固体物理学》等，你可以根据自己的学习兴趣和背景选择
适合自己的教材。
3.参考相关学术论文：除了教材外，学术论文也是了解固体物理
研究进展的重要途径。
你可以选择一些知名期刊上发表的有关固体物
理的论文进行阅读和分析。
4.加入相关学术社区：固体物理学的学术社区很活跃，你可以加
入相关的学术网站和论坛，与其他学者和研究人员交流和讨论。
5.积极进行实验：固体物理学的实验研究对于深入理解物理学理
论很有帮助，因此你可以积极进行实验，探索固体物理学的各种问题。
以上是一些学习固体物理的建议，希望能够帮助你进行自学。
《固体物理教案》课件
《固体物理教案》PPT课件一、引言1. 介绍固体物理的概念和重要性2. 固体的分类和特点3. 固体物理的研究方法和内容二、晶体结构1. 晶体的定义和特点2. 晶体的基本结构类型3. 晶体的空间群和点群4. 晶体的对称性分析三、晶体的物理性质1. 晶体的光学性质2. 晶体的电性质3. 晶体的磁性质4. 晶体的热性质四、晶体的力学性质1. 晶体的弹性性质2. 晶体的塑性变形3. 晶体的断裂和强度4. 晶体的超导性质五、非晶体和准晶体1. 非晶体的定义和特点2. 非晶体的形成和结构3. 准晶体的定义和特点4. 准晶体的结构和性质六、电子态和能带理论1. 电子态的定义和分类2. 自由电子气和费米液体3. 能带理论的基本概念4. 能带的计算和分析方法七、原子的电子结构和元素周期表1. 原子的电子结构类型2. 原子轨道和电子云3. 元素周期表的排列原理4. 元素周期律的应用八、半导体物理1. 半导体的定义和特点2. 半导体的能带结构3. 半导体的导电性质4. 半导体器件的应用九、超导物理1. 超导现象的发现和特性2. 超导体的微观机制3. 超导体的临界参数4. 超导技术的应用十、纳米材料和固体interfaces1. 纳米材料的定义和特性2. 纳米材料的制备和应用3. 固体interfaces 的定义和类型4. 固体interfaces 的性质和调控十一、磁性和顺磁性材料1. 磁性的基本概念和分类2. 顺磁性材料的微观机制3. 顺磁性材料的宏观特性4. 顺磁性材料的应用十二、金属物理1. 金属的电子性质2. 金属的晶体结构3. 金属的塑性变形机制4. 金属的疲劳和腐蚀十三、光学性质和声子1. 固体的光学吸收和散射2. 声子的定义和特性3. 声子的晶体和性质4. 声子材料的应用十四、拓扑缺陷和量子材料1. 拓扑缺陷的定义和分类2. 量子材料的定义和特性3. 量子材料的研究方法和应用4. 拓扑缺陷和量子材料的前沿进展十五、固体物理实验技术1. 固体物理实验的基本方法2. 固体物理实验的仪器和设备3. 固体物理实验的数据分析和处理4. 固体物理实验的实际应用重点和难点解析一、引言重点：固体物理的基本概念和研究内容。
固体物理学的基本原理与应用
固体物理学的基本原理与应用固体物理学是物理学的一个重要分支领域，研究的对象是固体材料的性质、结构和行为。
通过对固体的研究，我们可以深入了解物质内部发生的种种现象，从而推动科学技术的发展和应用。
本文将介绍固体物理学的基本原理以及在不同领域的应用。
1. 原子与晶体结构固体物理学的基石之一是原子与晶体结构。
原子是物质的基本组成单位，固体由大量的原子紧密排列而成。
在固体中，原子之间会形成特定的结构，从而使得固体具备特定的性质。
常见的晶体结构有立方晶系、单斜晶系、正交晶系等。
不同结构的晶体具有不同的物理和化学性质，这对于材料的性能设计和调控非常重要。
2. 基态与激发态固体物理学研究的另一个重要方面是基态与激发态。
基态是指物质在低温或平衡状态下的最稳定状态，而激发态则是相对于基态而言的。
激发态可以通过外界刺激（如温度、压力、光照等）引入，使得物质的原子或分子发生运动或改变。
例如，固体材料在受热后可能发生热膨胀，或者由于电场的作用而发生极化现象。
3. 电子结构与导电性固体物理学的核心问题之一是电子结构与导电性的研究。
固体材料中的电子以特定的能级分布在原子间的空间中，其运动和分布会直接影响材料的导电性能。
导电性是固体材料在电场作用下的电流传输能力，可以通过电导率来描述。
不同材料的导电性相差很大，有的是导体，有的是绝缘体，还有的是半导体。
4. 磁性与磁性材料磁性是固体物理学中的另一个重要研究方向。
固体材料中存在着不同类型的磁性现象，如铁磁性、反铁磁性和顺磁性等。
磁性材料对于电磁波的吸收和发射、存储介质、传感器等方面有着广泛的应用。
研究磁性材料的性质可以为新型磁性器件的设计和制备提供重要的理论基础。
5. 热学与热传导固体物理学还研究固体材料的热学性质和热传导现象。
热学是研究热量与能量转化和传递的学科，热传导则是固体材料中热量的传导过程。
不同材料的热传导性能不同，这对于热工学、电子器件散热和热管理等领域具有重要意义。
固体物理
1.按照固体的材料和原子排列的规划程度来划分，晶体，非晶体，准晶体。
2.晶体特点；长程有序性，各向异性。
3.具有六角密排格晶体；Be Mg In Ca4．配位数；一个原子周围最近邻的原子。
5．基元；每个粒子都是在空间重复排列的最小单元。
6.晶格共同特点；周期性。
可以用原胞和基矢描述。
7.对于一个空间点所，基矢的选择不是唯一的。
可以有多种不同的选择方式。
判8.原胞；一个晶格中最小重复单元。
9.晶胞；为了反映晶格的对称性，常反最小重复单元的几倍作为重复单元。
10.基矢和原胞的选择不是唯一的。
【选择|||判断】11.简单晶格必须由同种原子组成，反之，由同种原子组成的晶格却不一定是简单晶格【判断】12复试晶格；具有六角密排晶格结构的Be Mg Zn具有金刚石晶格结构的C Si Ge13.晶格的特点；1.一族平行晶列把所有点包括无遗。
2在一平面中。
同族的相邻晶列之间的距离相【选择】3通过一格点可以有无限多个晶列。
其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。
4有无限多族平行晶列。
14标志晶向的数称为晶向指数。
15用晶向指数标志一族晶列方向。
晶向指数越简单越重安。
16 1个不同的晶向【100】2面对交线晶向共有12个【110】3体对角线晶向共有8个【111】17.晶向特点；晶格中有无限多族平行晶面【判断】18密勒指数:(h h h)----标志晶面的方向19简单立方晶格维格纳----塞茨原胞为立方体面心立方晶格维格纳----塞茨原胞为正十二面体体心立方晶格维格纳----塞茨原胞为十四面体20晶胞的体积：V=|ā1×(ā2×ā3)|.例格子原胞体形：V* =|b1(b2×b3)|.原胞体形之间的关系V*=(2π) ³/v21例格子的位失的方位就是正格子中某一组晶面的法向。
22例易点阵与正点阵的关系：āi×b j=2πd ij=①2π(i=j)②0(i≠j).(i,j=1.2.3)23介电常数￡为一个二阶张量24晶体的宏观对称只可能有下列几种：1，2，3，4，6；1，2，3，4，6不可能有5重轴.7重轴…等对称素。
固体物理学的奥妙
固体物理学的奥妙固体物理学是物理学的一个重要分支，研究物质的固态结构、性质和相互作用规律。
固体物理学的研究对象是固体，固体是物质的一种状态，具有一定的形状和体积，其分子或原子排列紧密，具有一定的结构和性质。
固体物理学的研究内容涉及晶体结构、晶体缺陷、晶体生长、固体的热学性质、电学性质、磁学性质等方面，揭示了固体的许多奥妙。
固体物理学的奥妙之一在于晶体结构的研究。
晶体是固体物质中具有长程有序结构的物质，其原子或分子按照一定的规律排列，形成周期性的结构。
固体物理学家通过X射线衍射等方法揭示了晶体的结构，揭示了晶体中原子或分子的排列方式，从而揭示了固体的性质和行为。
晶体结构的研究不仅揭示了物质的微观结构，还为材料设计和制备提供了重要的理论基础。
固体物理学的奥妙之二在于晶体缺陷的研究。
晶体缺陷是指晶体中原子或分子的周期性排列被破坏所形成的缺陷，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷等。
晶体缺陷对固体的性质和行为具有重要影响，如固体的导电性、热导率、机械性能等都与晶体缺陷密切相关。
固体物理学家通过实验和理论研究揭示了晶体缺陷的形成机制和对固体性质的影响规律，为材料的性能优化和改进提供了重要的参考。
固体物理学的奥妙之三在于固体的热学性质研究。
固体的热学性质包括热容、热传导、热膨胀等，这些性质反映了固体在温度变化下的行为。
固体物理学家通过热力学和统计物理学的理论分析，揭示了固体的热学性质与其微观结构之间的关系，为固体材料的热管理和应用提供了理论支持。
固体物理学的奥妙之四在于固体的电学性质研究。
固体的电学性质包括导电性、介电常数、电磁感应等，这些性质与固体中电荷载体的运动和排列有关。
固体物理学家通过量子力学和固体物理学理论，揭示了固体的电学性质与其晶体结构、电子结构之间的联系，为固体材料的电子器件设计和应用提供了理论指导。
固体物理学的奥妙之五在于固体的磁学性质研究。
固体的磁学性质包括顺磁性、铁磁性、反铁磁性等，这些性质与固体中原子或分子的磁矩排列有关。
《固体物理教案》课件
《固体物理教案》PPT课件第一章：引言1.1 固体物理的重要性介绍固体物理在科学技术领域中的应用，如半导体器件、磁性材料等。
强调固体物理对于现代科技发展的关键性作用。
1.2 固体物理的基本概念定义固体物理的研究对象和方法。
介绍晶体的基本特征和分类。
1.3 教案安排简介本教案的整体结构和内容安排。
第二章：晶体结构2.1 晶体的基本概念解释晶体的定义和特点。
强调晶体结构在固体物理中的核心地位。
2.2 晶体的点阵结构介绍点阵的基本概念和分类。
讲解点阵的周期性和空间群的概念。
2.3 晶体的空间结构介绍晶体的空间结构描述方法。
讲解晶体中原子的排列方式和空间群的对称性。
第三章：晶体物理性质3.1 晶体物理性质的基本概念介绍晶体物理性质的分类和特点。
强调晶体物理性质与晶体结构的关系。
3.2 晶体介电性质讲解晶体的介电性质及其与晶体结构的关系。
介绍介电材料的制备和应用。
3.3 晶体磁性质讲解晶体的磁性质及其与晶体结构的关系。
介绍磁材料的制备和应用。
第四章：固体能带理论4.1 能带理论的基本概念介绍能带理论的起源和发展。
强调能带理论在固体物理中的重要性。
4.2 紧束缚模型讲解紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
4.3 平面紧束缚模型讲解平面紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍平面紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
第五章：半导体器件5.1 半导体器件的基本概念介绍半导体器件的定义和特点。
强调半导体器件在现代电子技术中的重要性。
5.2 半导体二极管讲解半导体二极管的工作原理和特性。
介绍半导体二极管的制备和应用。
5.3 半导体晶体管讲解半导体晶体管的工作原理和特性。
介绍半导体晶体管的制备和应用。
第六章：超导物理6.1 超导现象的基本概念介绍超导现象的发现和超导材料的特点。
强调超导物理在凝聚态物理中的重要性。
6.2 超导微观理论讲解超导微观理论的基本原理，如BCS理论。
介绍超导材料的制备和应用。
固体物理
固体物理学的发展史以及钛酸钡方面的研究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。
固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。
简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。
在相当长的时间里，人们研究的固体主要是晶体。
早在18世纪，阿维对晶体外部的几何规则性就有一定的认识。
后来，布喇格在1850年导出14种点阵。
费奥多罗夫在1890年、熊夫利在1891年、巴洛在1895年，各自建立了晶体对称性的群理论。
这为固体的理论发展找到了基本的数学工具，影响深远。
1912年劳厄等发现X射线通过晶体的衍射现象，证实了晶体内部原子周期性排列的结构。
加上后来布喇格父子1913年的工作，建立了晶体结构分析的基础。
对于磁有序结构的晶体，增加了自旋磁矩有第二次世界大战后发展的中子衍射技术，是磁性晶体结构分析的重要手段。
70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术，在于晶体结构的观察方面有所进步。
60年代起，人们开始研究在超高真空条件下晶体解理后表面的原子结构。
20年代末发现的低能电子衍射技术在60年代经过改善，成为研究晶体表面的有力工具。
近年来发展的扫描隧道显微镜，可以相当高的分辨率探测表面的原子结构。
晶体的结构以及它的物理、化学性质同晶体结合的基本形式有密切关系。
通常晶体结合的基本形式可分成：高子键合、金属键合、共价键合、分子键合（范德瓦耳斯键合）和氢键合。
根据X射线衍射强度分析和晶体的物理、化学性质，或者依据晶体价电子的局域密度分布的自洽理论计算，人们可以准确地判定该晶体具有何种键合形式。
(完整版)固体物理课件ppt完全版
布拉伐格子 + 基元 = 晶体结构
③ 格矢量：若在布拉伐格子中取格点为原点，它至其
他格点的矢量 Rl 称为格矢量。可表示为
Rl
l1a1
l2a2
l3a3
，
a1,
a2 ,
a3为
一组基矢
注意事项：
1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的
2
4x
·
1
3
二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法 2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子
2·堆积方式：AB AB AB……，上、下两个底面为A
层，中间的三个原子为 B 层
3·原胞：
a, 1
a 2
在密排面内，互成1200角，a3
沿垂直
密排面的方向构成的菱形柱体 → 原胞
B A
六角密排晶格的堆积方式
A
a
B c
六角密排晶格结构的典型单元
a3
a1
a2
六角密排晶格结构的原胞
4·注意: A 层中的原子≠ B 层中的原子 → 复式晶格
bγ a
b a
b a
b a
简六体心底正简单三面心正单方底心单心交 立斜交斜 方 简单立方体心正交面立方简四体心四方简单正交简单菱方简单单斜单方
二 、原胞
所有晶格的共同特点 — 具有周期性（平移对称性）
描
用原胞和基矢来描述
述
方
位置坐标描述
式
1、 定义：
原胞：一个晶格最小的周期性单元，也称为固体物理 学原胞
a1, a2 , a3 为晶格基矢
复式晶格：
l1, l2 , l3 为一组整数
每个原子的位置坐标：r l1a1 l2a2 l3a3
固体物理最重要的知识点
固体物理最重要的知识点固体物理是物理学的一个重要分支，研究物质的结构、性质和行为。
它涉及到固体的各种性质，如力学、热学、电学和光学等。
在固体物理中，有一些关键的知识点对于我们理解和应用固体的特性非常重要。
1.晶体结构：固体物理的一个核心概念是晶体结构。
晶体是由原子、离子或分子有序排列而成的固体。
晶体结构决定了固体的物理和化学性质。
晶体结构的研究可以帮助我们了解固体的原子排列方式和空间群，从而推导出其特性和行为。
2.基态与激发态：固体中的原子或分子可以处于不同的能级，其中最低能级对应于基态，而其他能级对应于激发态。
基态和激发态之间的能量差异决定了固体的光学和电学性质。
通过研究基态和激发态之间的相互作用，我们可以理解固体的导电性、磁性和光学吸收等特性。
3.晶格振动：固体中的原子或离子不仅存在于静态位置，还会发生振动。
这种振动称为晶格振动，它是固体中的重要能量传递方式。
晶格振动的特性与固体的结构和原子间的相互作用密切相关。
通过研究晶格振动，我们可以了解固体的热导率、声学性质和相变等行为。
4.能带理论：能带理论是解释固体导电性的重要理论。
根据能带理论，固体中的电子存在于能带中，而能带之间存在禁带。
禁带中没有电子能级，因此电子不能在禁带中传导。
固体的导电性质与能带的结构密切相关。
通过调控能带结构，我们可以改变固体的导电性质，例如将绝缘体转变为导体。
5.界面和缺陷：固体中的界面和缺陷对于固体的性质和行为具有重要影响。
界面是不同晶体或不同相之间的交界面，而缺陷是固体中的缺失原子或离子。
界面和缺陷可以影响固体的机械性能、导电性和光学特性。
研究界面和缺陷有助于我们理解固体中的局域效应和微观结构变化。
总结起来，固体物理中的几个关键知识点包括晶体结构、基态与激发态、晶格振动、能带理论以及界面和缺陷。
这些知识点对于我们理解固体的结构和性质非常重要。
通过深入研究这些知识点，我们可以更好地解释和应用固体的各种特性和行为，为材料科学和工程技术提供基础支持。
固体物理的研究内容
固体物理的研究内容固体物理是物理学中的一个重要分支，主要研究固体材料的性质和行为。
固体是由原子、分子或离子组成的宏观物体，具有一定的结构和各种不同的物理性质，固体物理通过研究这些性质来揭示固体材料的内部结构和行为规律。
以下是固体物理的主要研究内容：1.晶体结构和缺陷：晶体是具有高度有序排列、周期性重复的结构的固体。
固体物理研究晶体的各种结构和缺陷，包括晶格常数、晶胞结构、晶体缺陷、晶体生长等。
通过研究晶体的结构和缺陷可以揭示晶体物理性质的产生机制。
2.电子结构和能带理论：固体物理研究固体材料中电子的行为，包括电子的能带结构、价带和导带的形成，以及电子在能带中的运动和输运性质。
电子结构和能带理论是解释固体材料的电学、磁学、光学等性质的重要基础。
3.电子输运：固体物理研究电子在固体中的传输行为，包括载流子的形成和迁移、电导率、热导率等。
电子输运研究对于电子器件的设计和性能优化具有重要意义。
4.磁性和磁性材料：固体物理研究固体材料的磁性行为，包括磁相变、磁化强度、磁导率等。
磁性材料在信息存储、能源转换等领域具有重要应用。
5.光学性质：固体物理研究固体材料对光的吸收、散射、折射等光学性质，包括光的吸收谱、折射率、色散等。
光学性质的研究对于发展光电子学、激光技术等具有重要意义。
6.声学性质：固体物理研究固体材料的声学性质，包括声速、声波传播、声吸收等。
固体材料在声学传感、声学器件等领域有广泛应用。
7.表面和界面物理：固体物理研究固体材料的表面和界面的物理性质，包括表面态、界面反应、表面扩散等。
表面和界面物理的研究对于理解固体材料的表面现象和界面特性具有重要意义。
8.低温物理：固体物理研究固体材料在低温下的性质和行为，包括超导性、超流性、磁性等。
低温物理的研究对于技术领域的超导电器件、低温电子学等有着重要应用。
总之，固体物理研究的内容非常广泛，涉及到固体材料的结构、电子、力学、磁性、光学、声学等各个方面，对于理解和应用固体材料具有重要意义。
固体物理名词解释
固体物理名词解释固体物理是物理学的一个分支，主要研究固体的结构、性质和行为。
下面是一些常见的固体物理名词及其解释：1. 晶体：是指具有规则的、周期性的排列结构的固体物质。
晶体的结构可以分为分子晶体、离子晶体和金属晶体。
2. 晶格：指晶体中原子或离子的周期性排列形式。
晶格可以使用布拉菲格子描述，通常由点阵和基元等构成。
3. 点阵：指晶体中等间距排列的点。
点阵具有特定的对称性，可以用于描述晶体的结构和性质。
4. 基元：指晶格中每个点阵点周围存在的原子或离子组合体。
基元是晶体中最小的重复单元，由一个或多个原子或离子构成。
5. 结构缺陷：指晶体中存在的非周期性的结构构造，如晶体缺陷、位错、空位等。
结构缺陷通常会影响晶体的物理和化学性质。
6. 晶体缺陷：指晶体中存在的点缺陷、面缺陷和体缺陷等。
晶体缺陷可以通过掺杂来调制晶体的性质，如掺杂硼可以使硅变为P型半导体。
7. 势阱：是指在固体中存在的势能极小区域，可以用来限制带电粒子的运动。
势阱在半导体器件中起到关键作用，如量子阱可以产生二维限制的电子态。
8. 能带结构：是指固体中电子能量的分布特性。
在固体中，电子能量分为禁带（能带间距）和导带（价带），能带结构决定了固体的电学、热学和光学性能。
9. 带隙：是指禁带和导带之间的能量间隔，也是固体电子的能量差异。
带隙的大小决定了固体的导电性质，如导带带隙较小的材料为导体，带隙较大的材料为绝缘体或半导体。
10. 位移法：是固体物理中一种描述原子或离子振动的方法。
位移法将原子或离子的振动视为固体中每个振动种类的独立模式，可以用简谐振动来描述。
以上是一些常见的固体物理名词及其解释。
固体物理研究的内容非常广泛，包括晶体结构、固体电子学、热学性质、光学性质、声学性质等多个方面。
固体物理学的基础和应用
固体物理学的基础和应用固体物理学是物理学的一个重要分支，主要研究的是固体的性质、结构、运动和相互作用等方面的问题。
固体物理学的理论基础主要是量子力学、热力学和统计物理学等，而其应用领域则广泛涉及到电子学、光学、磁学、超导学、半导体学、材料科学等多个领域。
本文将先对固体物理学的基础理论进行介绍，然后探讨其在实际应用中的具体应用。
一、固体物理学的基础理论1.1. 固体结构与晶体学固体的物理性质与其结构密切相关，因此我们需要了解固体的基本结构和组成方式。
固体物理学研究的主要对象是晶体，所谓晶体就是有规律、有序的空间排列方式。
晶体的基本单位是晶胞，一个完整的晶体就是由无数个晶胞无限重复堆积而成的。
晶体学是对晶体结构和性质进行分析和研究的学科。
其中最基本的是布拉维格子理论，即任何晶体都可以通过某一个晶胞的平移堆积而形成。
另外，X射线晶体学也是非常重要的工具，可以用来分析晶体的结构，确定各种原子的位置和排列方法，推测晶胞的大小和形状，从而了解晶体的性质。
1.2. 量子力学与能带理论考虑到固体中原子、分子和电子的量级都是非常小的，因此我们需要量子力学这一独特的理论体系来描述这些微观粒子的行为。
通过对固体中电子的能级分析，我们可以了解到对于不同原子之间的物理位置和相互作用方式，电子的能带结构也会出现一定的区别。
能带理论是用来描述固体中电子的能级分布的重要方法。
在体系中，电子可以占据各自的能级，而这些能级被分成若干个带（能带）。
固体中各种原子的结构和组成以及原子之间的相互作用等因素都会对电子的能级分布产生一定的影响，因此能带结构也会随之发生变化。
1.3. 热力学与统计物理学热力学和统计物理学是研究宏观物理规律的重要理论，也在固体物理学中得到了广泛应用。
在固体中，温度和压力等因素都可以影响到其物理性质，而热力学和统计物理学提供了从宏观角度分析这些问题的理论支持。
统计物理学主要是根据微粒子（如分子和电子）的统计规律，推导出宏观物理规律的学科。
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。
固体物理学的基本原理及应用
固体物理学的基本原理及应用1. 引言固体物理学是物理学的重要分支之一，在材料科学、电子工程等领域中有着广泛的应用。
本文将介绍固体物理学的基本概念和理论，以及其中的一些典型应用。
2. 基本概念和理论2.1 晶体结构晶体是指由具有周期性重复结构的原子或分子构成的结晶固体。
晶体的结构可以用晶胞描述，晶胞是一种基本的结构单元，总共有14种不同的晶体结构，即布拉格格子。
其中，最常见的是立方晶系和六方晶系。
2.2 晶体缺陷在晶体结构中，可能存在着各种各样的缺陷，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括弱点、间隙和替位三种。
其中，弱点缺陷是指晶体中一个原子被替换成了类似的原子，间隙缺陷是指晶体中有一些原子的空隙，替位缺陷是指晶体中一个原子被替换成了不同的原子。
2.3 电子结构固体物理学中的另一个重要概念是电子结构，它描述了固体中电子的行为。
一个固体的电子结构可以通过计算其能带结构来得到。
在能带结构中，每个原子都有不同的能级，电子可以占据其中的一个或多个能级。
电子的运动在能带中是周期性的，并且会受到晶体缺陷和杂质的影响。
3. 典型应用3.1 半导体材料半导体材料是电子学和光电学等领域的重要材料。
半导体在温度较高时有很小的电阻，但在较低温度下，电阻会急剧下降。
这是因为在半导体中，电子能带之间存在禁带，只有在一定条件下，电子才能穿过禁带，从而形成电流。
半导体材料广泛应用于电子器件中，比如晶体管、太阳能电池等。
3.2 金属合金金属合金是由两种或两种以上的金属元素组成的固体。
金属合金的力学性能、化学性质和热力学性质等会随着合金中各元素的含量和相互作用的变化而发生改变。
因此，金属合金具有广泛的应用前景，比如制造各种航空器件、汽车车身等。
3.3 磁性材料磁性材料在磁罗盘、电动机、计算机硬盘等设备中有着广泛的应用。
在固体物理学中，磁性材料是一类可以磁化的材料。
磁性材料的磁化程度可以用它们的磁滞回线来表示。
例如，当磁场的大小从0增加到最大，然后又减少到0时，磁滞回线上的曲线将形成一个环形。
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× NA ×Z
b).表示法 电子球的半径 rs 表示法2---电子球的半径 表示法 将每个电子平均占据的体积等效成球， 将每个电子平均占据的体积等效成球，用 来表示电子密度的大小. 球的半径 rs来表示电子密度的大小
1 V 4 3 = = π rs n N 3
3 ⇒ rs = 4π n
利用索末菲 模型， 利用索末菲( Sommerfeld)模型，可以很好 索末菲 模型 的解决经典理论的困难。 的解决经典理论的困难。为此本章将首先从索 末菲的金属自由电子费米气体模型开始， 末菲的金属自由电子费米气体模型开始，随后 讨论自由电子气体的热性质、泡利顺磁性、准 讨论自由电子气体的热性质、泡利顺磁性、 经典模型和自由电子气体的输运性质等。最后, 经典模型和自由电子气体的输运性质等。最后, 给出该模型的不足之处和解决方案-------这就是 给出该模型的不足之处和解决方案----这就是 本章的内容构成. 本章的内容构成. 这里需要指出的是不管是经典的特鲁德这里需要指出的是不管是经典的特鲁德洛仑兹自由电子论， 洛仑兹自由电子论，还是量子的索末菲的自由 电子论，采用的都是理想气体模型. 电子论，采用的都是理想气体模型.
2) 独立电子近似 (independent electronic approximation) 金属中大量的自由电子之间没有相互作用， 金属中大量的自由电子之间没有相互作用， 忽略了电子和电子之间的库仑排斥作用. 忽略了电子和电子之间的库仑排斥作用 3) 碰撞近似（collision approximation） 碰撞近似（ ） 假定离子实保持原子在自由状态时的构型,电 假定离子实保持原子在自由状态时的构型 电 子和离子实可以发生碰撞,其碰撞是瞬时的 其碰撞是瞬时的,碰撞 子和离子实可以发生碰撞 其碰撞是瞬时的 碰撞 可以突然改变电子的速度,但碰撞后电子的速度 可以突然改变电子的速度 但碰撞后电子的速度 只与温度有关与碰前的速度无关,在相继两次碰 只与温度有关与碰前的速度无关 在相继两次碰 撞之间,电子直线运动 遵循牛顿第二定律. 电子直线运动,遵循牛顿第二定律 撞之间 电子直线运动 遵循牛顿第二定律
a).表示法 单位体积中的平均电子数 表示法1---单位体积中的平均电子数 表示法 单位体积中的平均电子数n 电子密度n 单位体积物质的摩尔数× 电子密度n=单位体积物质的摩尔数×阿伏伽 摩尔数 德罗常数×原子的价电子数 德罗常数×原子的价电子数
n=
ρm
Aபைடு நூலகம்
×NA ×Z
ρm是元素的质量密度； 是元素的质量密度；
1
3
rs 的大小约为 nm 的大小约为0.1
量子力学中常用玻尔半径（ 量子力学中常用玻尔半径（Bohr radius)作 作 为原子半径的量度单位 玻尔半径: 玻尔半径
4πε 0 h −1 a0 = = 0.529 ×10 nm 2 me
2
由铁的电子密度可见,金属晶体是包含 由铁的电子密度可见 金属晶体是包含1023/cm3 金属晶体是包含 个粒子的复杂的多体系统,所以要想采用量子力 个粒子的复杂的多体系统 所以要想采用量子力 学中单电子的薛定谔方程处理该问题， 学中单电子的薛定谔方程处理该问题，必须对 这个复杂体系简化处理， 这个复杂体系简化处理，也就是要建立与之相 适应的模型。 适应的模型。 本章重点： 四、本章重点： 1.自由电子费米气体模型的内容及基态性质； 1.自由电子费米气体模型的内容及基态性质； 自由电子费米气体模型的内容及基态性质
模型
κ 1 π kB = = 2.45 × 10−8 W ΩK −2 σT 3 e
2
上述背景导致了经典金属自由电子气体模型 的建立和发展。1900年 特鲁德(Drude) (Drude)首先 的建立和发展。1900年，特鲁德(Drude)首先 借助理想气体模型， 借助理想气体模型，建立了经典的金属自由电 子气体模型。 子气体模型。 2.特鲁德(Drude)模型 2.特鲁德(Drude)模型 特鲁德(Drude) 1)自由电子近似 自由电子近似(free electronic approximation) 自由电子近似 在金属中,价电子脱离原子的束缚成为自由电 在金属中 价电子脱离原子的束缚成为自由电 可以在金属中自由运动,也就是忽略了电子和 子,可以在金属中自由运动 也就是忽略了电子和 可以在金属中自由运动 离子实之间的库仑吸引作用. 离子实之间的库仑吸引作用
A是元素的相对原子量; 是元素的相对原子量; 是元素的相对原子量 NA=6.022×1023; ×
Z是单个原子提供的传导电子数 是单个原子提供的传导电子数
例如：对于3价铁组成的金属晶体，电子密度为： 例如：对于3价铁组成的金属晶体，电子密度为：
n=
ρm
A 7.8 23 23 = ×6.022×10 ×3 ≈ 2.52×10 55.84
第一章 金属自由电子气体模型
第一节 自由电子费米气体模型及基态性质 第二节 费米分布和自由电子气体的热性质 第三节 自由电子的顺磁磁化率 第四节 金属的电导率和热导率 第五节 霍尔效应和磁电阻效应 金属的光学性质 第六节 金属的光学性质 第七节 自由电子气体模型的局限性
一、金属的自然地位和社会地位 1.化学元素周期表，在通常状态下， 1.化学元素周期表，在通常状态下，金属元素 化学元素周期表 约有七十五种之多； 约有七十五种之多； 2.自然界， 2.自然界，约有三分之二以上的固态纯元素属 自然界 于金属； 于金属； 3.金属具有良好的导电、导热、易加工和特殊的 金属具有良好的导电、导热、 金属光泽等自然属性 自然属性； 金属光泽等自然属性； 人类社会很早就学会了使用金属并被作为 4. 人类社会 很早就学会了使用金属并被作为 人类进步的标志--铜器时代、铁器时代； --铜器时代 人类进步的标志--铜器时代、铁器时代；
(Thomson)发现了电子, 3）1897年汤姆逊(Thomson)发现了电子, 使得 1897年汤姆逊(Thomson)发现了电子 人们可以进一步把组成固体的原子分为离子实 人们可以进一步把组成固体的原子分为 离子实 core)和价电子( electron)； （ion core)和价电子(valence electron)； 原子=离子实+ 原子=离子实+价电子 4）实验发现金属总是具有高电导率、高热导 实验发现金属总是具有高电导率、 率和高反射率; 率和高反射率; 5)1853年 维德曼 夫兰兹定律 夫兰兹定律( 5)1853年,维德曼—夫兰兹定律(Weideman— Franlz) 实验定律发现且需要解释； 实验定律发现且需要解释 定律发现且需要解释；
3. 洛仑兹模型 特鲁德模型+麦克斯韦特鲁德模型+麦克斯韦-玻尔兹曼统计规律 经典的特鲁德-洛仑兹自由电子论的成就： 经典的特鲁德-洛仑兹自由电子论的成就： 成就 从微观上定性的解释了金属的高电导率、 从微观上定性的解释了金属的高电导率、高热 导率、霍尔效应以及某些光学性质； 导率、霍尔效应以及某些光学性质； 证明了维德曼—夫兰兹 证明了维德曼 夫兰兹 (Weideman—Franlz)定 定 即金属热导率к除以电导率和绝对温度的积 律,即金属热导率 除以电导率和绝对温度的积 即金属热导率 σT是一个常数 后来人们把这个常数称为洛仑兹 是一个常数,后来人们把这个常数称为洛仑兹 是一个常数 常数。 常数。
4) 弛豫时间近似（relaxation approximation） 弛豫时间近似（ ） 一个电子与离子两次碰撞之间的平均时间间隔 称为弛豫时间,它与电子的速度和位置无关 它与电子的速度和位置无关,由 称为弛豫时间 它与电子的速度和位置无关 由 弛豫时间可以描述电子受到的散射或碰撞,并求 弛豫时间可以描述电子受到的散射或碰撞 并求 得电子的平均自由程. 得电子的平均自由程 特鲁德(Drude)模型实际上使金属中的自由电子 模型实际上使金属中的自由电子 特鲁德 变成了理想气体中的粒子,因而借用已有的热力 变成了理想气体中的粒子 因而借用已有的热力 学规律就可以定性解释金属的一些性质， 学规律就可以定性解释金属的一些性质，但是 定量计算与实验不符。所以， 定量计算与实验不符。所以， 1904年洛仑兹发 年洛仑兹发 展了这个理论. 展了这个理论
2.费米分布和自由电子气体的热性质； 2.费米分布和自由电子气体的热性质； 费米分布和自由电子气体的热性质 初步理解费米面 费密球、态密度等概念 费米面、 等概念； 3. 初步理解费米面、费密球、态密度等概念；
4. 金属电导率的计算。 金属电导率的计算。 本章难点： 五、本章难点： 电子的动力学过程和光学性质
为解决上述困难,在 年费米—狄拉克统计理 为解决上述困难 在1926年费米 狄拉克统计理 年费米 论和量子力学建立以后不久,也就是 也就是1928年,德 论和量子力学建立以后不久 也就是 年德 国物理学家索末菲 索末菲( 扬弃了特鲁德国物理学家索末菲 Sommerfeld)扬弃了特鲁德 扬弃了特鲁德 洛仑兹自由电子论的经典力学与经典统计背景, 洛仑兹自由电子论的经典力学与经典统计背景 认为金属中的价电子相互独立地在恒定势场中 自由运动,其运动行为应由量子力学的 其运动行为应由量子力学的薛定谔方 自由运动 其运动行为应由量子力学的薛定谔方 来描述,大量的价电子构成的电子气系统 大量的价电子构成的电子气系统服从 程来描述 大量的价电子构成的电子气系统服从 费米—狄拉克 狄拉克(Fermi-Dirac)统计理论 从而使得 统计理论,从而使得 费米 狄拉克 统计理论 经典的电子气变成了量子的费米电子气. 经典的电子气变成了量子的费米电子气
经典的特鲁德-洛仑兹自由电子论的困难： 经典的特鲁德-洛仑兹自由电子论的困难： 困难 根据经典统计的能量均分定理， 个价 （a) 根据经典统计的能量均分定理，N个价 个自由度， 电子的电子气有3N个自由度 电子的电子气有 个自由度，它们对热容的贡 献为3NkB/2,但对大多数金属，实验值仅为这个 献为 ,但对大多数金属， 理论值的1% 理论值的1% 。 (b) 根据这个理论得出的自由电子的顺磁磁 化率和温度成正比，但实验证明， 化率和温度成正比，但实验证明，自由电子的 顺磁磁化率几乎与温度无关。 顺磁磁化率几乎与温度无关。