固体电子学基础3.pdf

华中科技大学 材料学院 于尧 Email ：ensiyu@mail.hust.edu.cn 办公电话 教材： 张艺 固体电子学基础 参考教材：黄 昆 固体物理 刘恩科 半导体物理 等离子态 物 质 气态 温度升高 的 液态 状 固态 凝聚态物理 态 玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC ） 自然界的物质是由一百多种元素以及元素间的化合物组成的。 物质可分为五种状态：固态、液态、气态、等离子态及BE凝聚态。 固、液、气三态是在常温和大气压的条件下定义的。在温度、压力改变时， 固、液、气三态可互相转化。 自然界以及人工合成的所有物质，在合适的温度和压力下都可以变成固态。 二. 固体物理的发展过程 二十世纪以前，人们 仅仅从材料规则的外 形来推测材料内部的 ??? 微观结构！ “凡草木花多五出,雪花独六出” 《韩诗外传》西汉 雪花的六角对称性是其内部周期性结构的体现 《六角雪花论》J. Kepler （1611） 1784年 法国学者阿羽依 R.J. Haüy 晶体是由无数个具有多面体形状的原始 “组成单元”在三维空间无 间隙地平行堆砌而成 1848年 法国学者布拉斐 (A．Bravais): 空间点阵 1890 年：费多罗夫(E.S. Fedorov) 空间群论 1891 年：熊夫里斯(A. Schönflies) 晶体微观结构的几何理论 E.S. Fedorov 根据所积累的大量实验事实在十九世纪人们还总结 了若干重要的经验规律  （1）关于晶体比热的杜隆-珀替定律；  （2 ）关于金属导热和导电性质的魏德曼-佛兰兹定律;  （3 ）二十世纪初特鲁德和洛伦兹建立了经典的金属自由 电子论等。  近代物理学的发展，使人们对固体的认识进入了一 个新的阶段，X射线提供了人类直接窥探晶体内部结构 的工具。 1895年：伦琴发现 X 射线。 1912年：劳厄(M. von Laue)， 弗里德里希(W. Feriederich)， 克尼平(P. Knipping) 晶体X射线实验，验证了晶体结构的周期性。 量子力学：描述晶体内微观粒子的运动规律  ˆ (x , x ,, x ,t) H(x , x ,, x , t) 1 2 n 1 2 n t  量子理论使人们能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。  爱因斯坦引进量子化概念来研究晶格振动；  在特鲁德和洛伦兹建立了经典的金属自由电子 论的基础上，索末菲发展了固体量子论；  此外，费米发展了统计理论。为研究晶体中电 子运动的过程指明了方向。 