《固体物理基础教学课件》第一章
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精选ppt 2
课程特点
理解基本的物理概念 弄清基本的物理图像 以上课所讲PPT内容为主 不管公式的推导，强调物理的逻辑 考试：
期末70％＋作业20％＋考勤10％
精选ppt 3
授课安排
绪论及晶体结构（3次课） 固体的结合 （1次课） 晶格振动 （2次课） 能带论（1次课） 半导体电子论（4次课） 固体的磁性和超导电性（2次课） 量子霍尔效应专题（1次课） 固体物理前沿热点研究讲座（1次课） 复习答疑（1次课）
明集成电路
11.
2001年：克特勒（德国）、康奈尔、卡尔·E·维曼（美国）在碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚态以及凝聚态物质性质早期基本性质
研究方面的成就
12.
2003年：阿列克谢·阿布里科索夫、安东尼·莱格特（美国）、维塔利·金茨堡（俄罗斯）在超导体和超流体领域中做出的开创性贡献
13.
2007年：艾尔伯·费尔（法国）和皮特·克鲁伯格（德国）发现巨磁电阻效应
精选ppt 5
第一讲 绪论
精选ppt 6
前言-固体物理的伟大成就
固体物理领域获得诺贝尔奖的工作
1.
1956年：布拉顿、巴丁（犹太人）、肖克利（美国）发明晶体管及对晶体管效应的研究
2.
1962年：达维多维奇·朗道（苏联）关于凝聚态物质，特别是液氦的开创性理论
3.
1972年：巴丁、库柏、施里弗（美国）创立BCS超导微观理论
研究固体的结构及其组成粒子（离子、电子）之间的 相互作用与运动规律，以阐明其宏观性能和用途。
固体的物理性质和规律由什么决定？
* 由组成固体的原子成分？比如，金刚石、石墨、C60固体都由 碳原子组成，但它们物理性质完全不同！ * 金刚石、石墨、C60固体究竟有何不同？（原子排布结构）
必须在微观尺度上来研究固体：固体中原子的排布
如何处理1023/cm3量级的粒子数？ 晶体的周期性结构
主要研究晶体（具有周期性结构的物质） 固体物理研究首先选择晶体作为研究对象来研究固 体中电子和原子的运动规律，在此基础上研究非晶
精选ppt 10
固体研究对象
晶体：原子排列长程有序（水晶，岩盐，金刚石） 非晶：原子排列短程有序（松香，橡胶，石蜡） 准晶：晶体与非晶之间，5次对称等特性（AlMn） 证据：X射线衍射，透射电子显微镜
18世纪，阿羽衣：理论推断晶体几何外形是晶体中 原子分子排列的结果
19世纪中叶，布拉菲：空间点阵学说，概括晶格周 期性
精选ppt 7
黄昆简介（1919-2005）
中国固体物理与半导体物理先驱 2001国家最高科技奖 写入教科书：黄散射，声子极化激元及黄昆方程，Huang-Rhys
多声子无辐射跃迁理论… 与量子力学创始人之一M. Born合著经典著作《晶格动力学》
精选ppt 8
固体定义
固体是物质存在的一种状态。与液体和气体相比固体 有比较固定的体积和形状、质地比较坚硬。
7.
1986年：鲁斯卡（德国）设计第一台透射电子显微镜；比尼格（德国）、罗雷尔（瑞士）设计第一台扫描隧道电子显微镜
8.
1987年：柏德诺兹（德国）、缪勒（瑞士）发现氧化物高温超导材料
9.
1998年：劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦（美国）发现并研究电子的分数量子霍尔效应
10.
2000年：阿尔费罗夫（俄国）、克罗默（德国）提出异层结构理论，并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管；杰克·基尔比（美国）发
14.
2009年：高锟（美籍华裔）在光学通信领域中光的传输的开创性成就；韦拉德·博伊尔乔治·史密斯（美国）•发明了成像半导体电路——电荷藕
合器件图像传感器CCD
15.
2010年：安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（英国）在石墨烯实验作出了达尼埃尔·谢赫特曼（以色列）发现准晶。
晶体（规则点阵）
精选ppt
非晶（短程有序）
11
固体研究对象-准晶
1984，Daniel Shechtman发现AlMn合金五重对称 1985, 郭可信，张泽: Ti-Ni-V合金 2011，Nobel化学奖（准晶的发现从根本上改变了以
往化学家对物体的构想） 不具平移周期对称性而取向长程有序的晶体
精选ppt 12
固体研究对象-准晶
Penrose图案（英国数学家Roger Penrose） 胖瘦菱形拼图（内角36度，144度，72度和108度）
胖瘦菱形数量之比正好是T（黄金分割数1.618）
精选ppt 13
固体物理发展历程
晶体结构
17世纪，惠更斯：椭球堆积模型解释方解石的双折 射和解理面
4.
1973年：江崎玲于奈（日本）发现半导体隧道效应；贾埃弗（美国）发现超导体隧道效应；约瑟夫森（英国）提出并发现通过隧道势垒的超电
流的性质，即约瑟夫森效应
5.
1977年：安德森、范弗莱克（美国）、莫特（英国）对磁性和无序体系电子结构的基础性研究
6.
1985年：冯·克里津（德国）发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术
精选ppt 4
参考书目
1. 黄昆原著，韩汝琦改编，《固体物理学》，高 等教育出版社
2. 方俊鑫，陆栋主编，《固体物理学》，上海科 学技术出版社
3. C. 基泰尔著，项金钟，吴兴惠译《固体物理 导论》（原著第八版），化学工业出版社
4. N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, 世界图书出版公司
固体物理基础
黄靖云 & 王 勇
硅材料国家重点实验室，材料科学与工程学系
精选ppt
1
授课信息
讲课 黄靖云 曹楼331 电话：87952118 Email：huangjy@ 个人主页： /jingyunhuang
助教 赵明岗 曹楼342 Email：66mg000000@
固体中的原子在其平衡位置附近作微小振动（微观定义）
固体宏观物理性质由所组成原子的化学成份和排列结
构共同决定！
精选ppt
9
固体研究中的关键性问题
用经典理论还是量子理论？ 一般宏观的用经典，微观用量子
如何描写原子与电子及电子与电子间的相互作用？
* 多体问题（凝聚态物理难题） * 很多近似，假定，简化处理
课程特点
理解基本的物理概念 弄清基本的物理图像 以上课所讲PPT内容为主 不管公式的推导，强调物理的逻辑 考试：
期末70％＋作业20％＋考勤10％
精选ppt 3
授课安排
绪论及晶体结构（3次课） 固体的结合 （1次课） 晶格振动 （2次课） 能带论（1次课） 半导体电子论（4次课） 固体的磁性和超导电性（2次课） 量子霍尔效应专题（1次课） 固体物理前沿热点研究讲座（1次课） 复习答疑（1次课）
明集成电路
11.
2001年：克特勒（德国）、康奈尔、卡尔·E·维曼（美国）在碱金属原子稀薄气体的玻色－爱因斯坦凝聚态以及凝聚态物质性质早期基本性质
研究方面的成就
12.
2003年：阿列克谢·阿布里科索夫、安东尼·莱格特（美国）、维塔利·金茨堡（俄罗斯）在超导体和超流体领域中做出的开创性贡献
13.
2007年：艾尔伯·费尔（法国）和皮特·克鲁伯格（德国）发现巨磁电阻效应
精选ppt 5
第一讲 绪论
精选ppt 6
前言-固体物理的伟大成就
固体物理领域获得诺贝尔奖的工作
1.
1956年：布拉顿、巴丁（犹太人）、肖克利（美国）发明晶体管及对晶体管效应的研究
2.
1962年：达维多维奇·朗道（苏联）关于凝聚态物质，特别是液氦的开创性理论
3.
1972年：巴丁、库柏、施里弗（美国）创立BCS超导微观理论
研究固体的结构及其组成粒子（离子、电子）之间的 相互作用与运动规律，以阐明其宏观性能和用途。
固体的物理性质和规律由什么决定？
* 由组成固体的原子成分？比如，金刚石、石墨、C60固体都由 碳原子组成，但它们物理性质完全不同！ * 金刚石、石墨、C60固体究竟有何不同？（原子排布结构）
必须在微观尺度上来研究固体：固体中原子的排布
如何处理1023/cm3量级的粒子数？ 晶体的周期性结构
主要研究晶体（具有周期性结构的物质） 固体物理研究首先选择晶体作为研究对象来研究固 体中电子和原子的运动规律，在此基础上研究非晶
精选ppt 10
固体研究对象
晶体：原子排列长程有序（水晶，岩盐，金刚石） 非晶：原子排列短程有序（松香，橡胶，石蜡） 准晶：晶体与非晶之间，5次对称等特性（AlMn） 证据：X射线衍射，透射电子显微镜
18世纪，阿羽衣：理论推断晶体几何外形是晶体中 原子分子排列的结果
19世纪中叶，布拉菲：空间点阵学说，概括晶格周 期性
精选ppt 7
黄昆简介（1919-2005）
中国固体物理与半导体物理先驱 2001国家最高科技奖 写入教科书：黄散射，声子极化激元及黄昆方程，Huang-Rhys
多声子无辐射跃迁理论… 与量子力学创始人之一M. Born合著经典著作《晶格动力学》
精选ppt 8
固体定义
固体是物质存在的一种状态。与液体和气体相比固体 有比较固定的体积和形状、质地比较坚硬。
7.
1986年：鲁斯卡（德国）设计第一台透射电子显微镜；比尼格（德国）、罗雷尔（瑞士）设计第一台扫描隧道电子显微镜
8.
1987年：柏德诺兹（德国）、缪勒（瑞士）发现氧化物高温超导材料
9.
1998年：劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦（美国）发现并研究电子的分数量子霍尔效应
10.
2000年：阿尔费罗夫（俄国）、克罗默（德国）提出异层结构理论，并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管；杰克·基尔比（美国）发
14.
2009年：高锟（美籍华裔）在光学通信领域中光的传输的开创性成就；韦拉德·博伊尔乔治·史密斯（美国）•发明了成像半导体电路——电荷藕
合器件图像传感器CCD
15.
2010年：安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（英国）在石墨烯实验作出了达尼埃尔·谢赫特曼（以色列）发现准晶。
晶体（规则点阵）
精选ppt
非晶（短程有序）
11
固体研究对象-准晶
1984，Daniel Shechtman发现AlMn合金五重对称 1985, 郭可信，张泽: Ti-Ni-V合金 2011，Nobel化学奖（准晶的发现从根本上改变了以
往化学家对物体的构想） 不具平移周期对称性而取向长程有序的晶体
精选ppt 12
固体研究对象-准晶
Penrose图案（英国数学家Roger Penrose） 胖瘦菱形拼图（内角36度，144度，72度和108度）
胖瘦菱形数量之比正好是T（黄金分割数1.618）
精选ppt 13
固体物理发展历程
晶体结构
17世纪，惠更斯：椭球堆积模型解释方解石的双折 射和解理面
4.
1973年：江崎玲于奈（日本）发现半导体隧道效应；贾埃弗（美国）发现超导体隧道效应；约瑟夫森（英国）提出并发现通过隧道势垒的超电
流的性质，即约瑟夫森效应
5.
1977年：安德森、范弗莱克（美国）、莫特（英国）对磁性和无序体系电子结构的基础性研究
6.
1985年：冯·克里津（德国）发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术
精选ppt 4
参考书目
1. 黄昆原著，韩汝琦改编，《固体物理学》，高 等教育出版社
2. 方俊鑫，陆栋主编，《固体物理学》，上海科 学技术出版社
3. C. 基泰尔著，项金钟，吴兴惠译《固体物理 导论》（原著第八版），化学工业出版社
4. N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, 世界图书出版公司
固体物理基础
黄靖云 & 王 勇
硅材料国家重点实验室，材料科学与工程学系
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1
授课信息
讲课 黄靖云 曹楼331 电话：87952118 Email：huangjy@ 个人主页： /jingyunhuang
助教 赵明岗 曹楼342 Email：66mg000000@
固体中的原子在其平衡位置附近作微小振动（微观定义）
固体宏观物理性质由所组成原子的化学成份和排列结
构共同决定！
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9
固体研究中的关键性问题
用经典理论还是量子理论？ 一般宏观的用经典，微观用量子
如何描写原子与电子及电子与电子间的相互作用？
* 多体问题（凝聚态物理难题） * 很多近似，假定，简化处理