固体物理-1.1-090214
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中译本：固体物理导论 （原著8版）化学工业出版社，2005 8． Busch G. Schade H. 固体物理学讲义 高等教育出版社 1987
(原文为德文，瑞士联邦技术学院教材，1972) 9．M A Omar Elementary Solid State Physics: Principle and
结构特点：晶体长程有序；气体无序；液体短程有序。
规则网络
无规网络
准晶
Al65Co25Cu10合金
二、几种常见的晶体结构 1. 元素晶体 a. 密堆积：
一维 二维
二维正方堆积
二维密排堆积
源自文库
三维 ➢ 密排六方（ hexagonal close-packed, hcp ）堆积
排列方式： ABABAB (六方密堆积)
§1.1 几种常见的晶体结构
一、晶体的定义
➢ 晶 体: 组成固体的原子（或离子）在微观上的 排列具有长程周期性
➢ 非晶体：组成固体的粒子只有短程序（在近邻或 次近邻原子间的键合：如配位数、键长 和键角等具有一定的规律性），无长程 周期性
➢ 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
典型晶体：Be、Mg、Zn、Cd、Ti
➢ 面心立方（face-centered cubic, fcc）堆积 排列方式： ABCABC (立方密堆积)
典型晶体：Ca、Sr、Al、Cu、Ag
b. 较松散的堆积 ➢ 体心立方（body-centered cubic, bcc）
三、固体物理的学科领域
研究固体中的元激发及其能谱（例如，固体的激光光谱） 以更深入、更详细地分析固体内部的微观过程；
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 ，从而发展多功能的复合材料以适应新的需要；
研究在极低温，超高压、强磁场、强辐射条件下固体的 性质，这主要是为发展新的能源和能量转换方式提供技 术准备；
五、固体物理通用教材
1. 阎守胜，固体物理基础＊ 北大出版社 2000 2．陈长乐，国体物理学 西北工大出版社 1998 3．黄 昆，韩汝琦，国体物理学 高等教育出版社 1988第1
版， （根据黄 昆，国体物理学 人民教育出版社 1966版扩充改 编） 4．方俊鑫，陆栋，国体物理学（上，下两册） 上海科技出 版社
Applications 中译本：固体物理学基础 北京师范大学出版社 1987 10．H E Hall Solid State Physics John Wiley ﹠ Sons Ltd 1974 (英国曼彻斯特大学教材) 11. Ashcroft, Mermin Solid State Physics 1976
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，半导体实际界面的研究在改善和稳定 半导体器件性能上已显示锐利的锋芒。
非晶态物理——在研究晶态的基础上开始进入非晶态的 研究，即研究非晶体中原子、电子的微观过程。
四、固体物理的研究方法
固体物理是一门“横向”科学 是一门理论与实践密切结合的科学 固体理论中充满了各种近似方法
六、教材内容
通论部分：
1. 晶体结构 2. 晶体结合 3. 晶格振动和热学性质 4. 晶体中的电子——能带论 5. 金属电子论 6. 晶格缺陷和位错理论
专题部分
半导体电子论 超导电性 固体的磁性 固体的光学过程与激子 磁共振 表面与界面物理 介电体与铁电体
……
第一章 晶体结构
2. 简单化合物晶体
➢ NaCl结构 典型晶体：NaCl、LiF、 KBr
➢ CsCl结构 典型晶体：CsCl、CsBr、CsI
➢ 闪锌矿结构 典型晶体：ZnS、CdS、GaAs、
-SiC
§1.2 晶格的周期性
堆积
典型晶体：Li、Na、K、-Fe
➢ 简单立方（simple cubic, sc）堆积
➢ 金刚石结构
典型晶体：金刚石、Si、Ge 配位数：一个原子周围最近邻原子的数目
如：对于密堆积（hcp和fcc）配位数为12； 对于体心立方（bcc）配位数为8 等。
堆积系数 ＝
晶胞中原子所占的体积 晶胞体积
图1 图3
图2
图1和图2是CaCO3和雪花结 晶的结构； 图3是高温超导体 YBaCuO 晶 体的结构。
（2）非晶体（非晶态）：原子的排列没有明确的周期性（短程有
序），如：玻璃、橡胶、塑料。
图4
图5
图4 和图5分别是Be2O3单晶和非晶结构 。
准晶体：1984 年 Shechtman 等人报导了用快速冷却方 法制备的 AlMn 合金中的电子衍射图中，发现了具有五 重对称的斑点分布，斑点的明锐程度不亚于晶体的情况， 提出介于晶体和非晶体之间的新的状态 —— 称为准晶 态。
理想晶体：内部结构完全规则的固体，又叫做完整晶体； 实际晶体：固体中或多或少地存在有不规则性，在规则
（排列）的背景中尚存在微量不规则性的晶体则叫做近 乎完整的晶体。
二、固体物理的发展过程
十七世纪惠更斯试图以椭球堆积的模型来解释方解石的双折射性 质和解理面；
十八世纪，阿羽依认为方解石晶体是由一些坚实的、相同的、平 行六面形的小“基石”有规则地重复堆集而成的；
1980，1981 （根据谢希德，方俊鑫，国体物理学 1965版扩充改编） 5．顾秉林，王喜坤，固体物理学＊ 清华大学出版社 1990 6. 王矜奉， 固体物理教程 （4版） 山东大学出版社 2004 （1999年初版）
7．Kittel C. Introduction to Solid State Physics, 8th ed. John Wiley ﹠ Sons Inc.,2005
十九世纪中叶，布喇菲发展了空间点阵学说，概括了晶格周期性 的特征。
20世纪初， X 射线提供了人类直接窥探晶体内部结构的工具；量 子理论使人们能够更加深入和比较正确地描述晶体内部微观粒子 的运动过程。
20 世纪四十年代末、五十年代初，以锗、硅为代表的半导体单晶 的出现并制成了晶体三极管，进而产生了半导体物理。
(原文为德文，瑞士联邦技术学院教材，1972) 9．M A Omar Elementary Solid State Physics: Principle and
结构特点：晶体长程有序；气体无序；液体短程有序。
规则网络
无规网络
准晶
Al65Co25Cu10合金
二、几种常见的晶体结构 1. 元素晶体 a. 密堆积：
一维 二维
二维正方堆积
二维密排堆积
源自文库
三维 ➢ 密排六方（ hexagonal close-packed, hcp ）堆积
排列方式： ABABAB (六方密堆积)
§1.1 几种常见的晶体结构
一、晶体的定义
➢ 晶 体: 组成固体的原子（或离子）在微观上的 排列具有长程周期性
➢ 非晶体：组成固体的粒子只有短程序（在近邻或 次近邻原子间的键合：如配位数、键长 和键角等具有一定的规律性），无长程 周期性
➢ 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
典型晶体：Be、Mg、Zn、Cd、Ti
➢ 面心立方（face-centered cubic, fcc）堆积 排列方式： ABCABC (立方密堆积)
典型晶体：Ca、Sr、Al、Cu、Ag
b. 较松散的堆积 ➢ 体心立方（body-centered cubic, bcc）
三、固体物理的学科领域
研究固体中的元激发及其能谱（例如，固体的激光光谱） 以更深入、更详细地分析固体内部的微观过程；
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 ，从而发展多功能的复合材料以适应新的需要；
研究在极低温，超高压、强磁场、强辐射条件下固体的 性质，这主要是为发展新的能源和能量转换方式提供技 术准备；
五、固体物理通用教材
1. 阎守胜，固体物理基础＊ 北大出版社 2000 2．陈长乐，国体物理学 西北工大出版社 1998 3．黄 昆，韩汝琦，国体物理学 高等教育出版社 1988第1
版， （根据黄 昆，国体物理学 人民教育出版社 1966版扩充改 编） 4．方俊鑫，陆栋，国体物理学（上，下两册） 上海科技出 版社
Applications 中译本：固体物理学基础 北京师范大学出版社 1987 10．H E Hall Solid State Physics John Wiley ﹠ Sons Ltd 1974 (英国曼彻斯特大学教材) 11. Ashcroft, Mermin Solid State Physics 1976
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，半导体实际界面的研究在改善和稳定 半导体器件性能上已显示锐利的锋芒。
非晶态物理——在研究晶态的基础上开始进入非晶态的 研究，即研究非晶体中原子、电子的微观过程。
四、固体物理的研究方法
固体物理是一门“横向”科学 是一门理论与实践密切结合的科学 固体理论中充满了各种近似方法
六、教材内容
通论部分：
1. 晶体结构 2. 晶体结合 3. 晶格振动和热学性质 4. 晶体中的电子——能带论 5. 金属电子论 6. 晶格缺陷和位错理论
专题部分
半导体电子论 超导电性 固体的磁性 固体的光学过程与激子 磁共振 表面与界面物理 介电体与铁电体
……
第一章 晶体结构
2. 简单化合物晶体
➢ NaCl结构 典型晶体：NaCl、LiF、 KBr
➢ CsCl结构 典型晶体：CsCl、CsBr、CsI
➢ 闪锌矿结构 典型晶体：ZnS、CdS、GaAs、
-SiC
§1.2 晶格的周期性
堆积
典型晶体：Li、Na、K、-Fe
➢ 简单立方（simple cubic, sc）堆积
➢ 金刚石结构
典型晶体：金刚石、Si、Ge 配位数：一个原子周围最近邻原子的数目
如：对于密堆积（hcp和fcc）配位数为12； 对于体心立方（bcc）配位数为8 等。
堆积系数 ＝
晶胞中原子所占的体积 晶胞体积
图1 图3
图2
图1和图2是CaCO3和雪花结 晶的结构； 图3是高温超导体 YBaCuO 晶 体的结构。
（2）非晶体（非晶态）：原子的排列没有明确的周期性（短程有
序），如：玻璃、橡胶、塑料。
图4
图5
图4 和图5分别是Be2O3单晶和非晶结构 。
准晶体：1984 年 Shechtman 等人报导了用快速冷却方 法制备的 AlMn 合金中的电子衍射图中，发现了具有五 重对称的斑点分布，斑点的明锐程度不亚于晶体的情况， 提出介于晶体和非晶体之间的新的状态 —— 称为准晶 态。
理想晶体：内部结构完全规则的固体，又叫做完整晶体； 实际晶体：固体中或多或少地存在有不规则性，在规则
（排列）的背景中尚存在微量不规则性的晶体则叫做近 乎完整的晶体。
二、固体物理的发展过程
十七世纪惠更斯试图以椭球堆积的模型来解释方解石的双折射性 质和解理面；
十八世纪，阿羽依认为方解石晶体是由一些坚实的、相同的、平 行六面形的小“基石”有规则地重复堆集而成的；
1980，1981 （根据谢希德，方俊鑫，国体物理学 1965版扩充改编） 5．顾秉林，王喜坤，固体物理学＊ 清华大学出版社 1990 6. 王矜奉， 固体物理教程 （4版） 山东大学出版社 2004 （1999年初版）
7．Kittel C. Introduction to Solid State Physics, 8th ed. John Wiley ﹠ Sons Inc.,2005
十九世纪中叶，布喇菲发展了空间点阵学说，概括了晶格周期性 的特征。
20世纪初， X 射线提供了人类直接窥探晶体内部结构的工具；量 子理论使人们能够更加深入和比较正确地描述晶体内部微观粒子 的运动过程。
20 世纪四十年代末、五十年代初，以锗、硅为代表的半导体单晶 的出现并制成了晶体三极管，进而产生了半导体物理。