固体物理绪论.ppt

固 体 物 理 学Solid State Physics 一、固体物理的发展过程 固体物理学发展简史 一、王矜奉　编著《固体物理教程》 山东大学出版社 二、方俊鑫、陆栋 主编《固体物理学》（上） 上海科学技术出版社 三、沈以赴 编著《固体物理学基础教程》 化学工业出版社 四、黄昆、韩汝琦 主编《固体物理学》 高等教育出版社 主题纷纭繁杂 理论处理花样繁多 综合性强 基本概念、实验规律、曲线、推导 注意交叉学科 笔记 三、固体物理学的课程特点 前面所学课程的综合 固体物理是能够处理现代复杂系统的好方法 最时髦的科学进展与固体物理紧密相连 特点 课程的重点 研究固体的物理性质、内部微观结构以及内部的微观世界的运动规律之间的关系。 微观世界的基本规律, 包含力学、电磁学、热学、统计物理、量子力学、量 子电动力学和量子统计; 固体的宏观性质有力学性质、热性质、声性质、电性质、磁性质、光性质等。 固体物理学是一个联结微观世界和固体宏观性质的桥梁 前面所学课程的综合 * 分析力学 采用广义坐标体系从能量的角度来研究经典力学 * 统计物理 近独立电子的统计分布　玻耳兹曼统计　玻色统计　费米统计 * 量子力学　 波函数　薛定谔方程　微扰理论 固体物理和四大力学不同 后者分别研究物质特定的运动形态，研究对象是理想条件下的特定运动的规律，如理论力学研究物体的机械运动等。 固体物理则不同，它研究的对象是一类物质——固体，它既是力学系统、又是热学系统和电磁系统，而组成固体的微观粒子又必须服从量子力学规律，所以固体物理是一门综合科学，需要我们综合运用各种理论工具，从不同角度、不同侧面去研究实际固体的各种运动形态，从而全面地解释固体的各种性质，所以四大力学都是固体物理的理论基础课。 由固体研究特点，介绍贯穿课程的内容线索? * 研究周期性结构下波的运动 * 内容重点：周期结构（晶体）中的各种波 讲授特点：先将复杂还原为简单，再从简单重建复杂 * 与以前有很大的不同——把一个复杂的研究对象合理地在不同层次进行简化，建立模型，引入新概念，运用已有知识，得到新的规律，再对照实验结果，修改模型，…，这样螺旋地循环上升，一步步接近实际 固体物理是能够处理现代复杂系统的好方法 简单性与复杂性 物理学家习惯于所谓还原 论的思维方法： 将复杂还原为简单、然后 再从简单重建复杂。 尺度上最微小但能量最高的世界，对应的学科为粒子物理学(高能物理学) 最宏大的世界，即天体与宇宙，对应的学科为天体物理学与宇宙论。 气体、液体、与固体分解为分子或原子的聚集体； 原子又被分解为原子核与电子； 原子核被分解为质子和中子； 这些再被分解为夸克、胶子。 还原论的应用 在物质结构相邻层次间的耦合被证明是促进20世纪科学进步的重要驱动力。 　原子结构的阐明导致了化学的革命； 　核酸与蛋白质分子结构的测定导致了生物学的革命 　物质结构的微观研究揭示出凝聚态物质（半导体、铁磁体、铁电体、超导体）中蕴含的异乎寻常的物性。 层展现象： 还原论的局限性： 　　诸多不同层次之间除了耦合之外，还存在脱耦，从而使得从简单构筑复杂并不象过去还原论者设想的那么容易。 每一不同的聚集层次，都会展现全新的性质，可以被 称为层展性质。 近年来粒子物理学的重大进展，如顶夸克的发现对凝 聚态物理学没有任何影响。 最时髦的科学进展与固体物理紧密相连 固体物理学学科领域 铁 磁 学 固 态 电 子 学 电 介 质 物 理 高 分 子 物 理 半 导 体 物 理 超 导 体 物 理 固 态 光 电 子 学 自 旋 电 子 学 介 观 物 理 金 属 物 理 非 晶 态 物 理 目前固体物理的研究已经从传统的晶状固体拓展到非晶固体、薄膜和细小粒子体系、以及量子流体，这一更宽的研究领域人们称之为凝聚态物理学 赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书,标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论的第一个范式。（建立在对晶体认识的基础上）Seitz F, Modern Theory of Solids McGraw-Hill 1940 这本书是固体物理学作为独立学科出现的奠基性著作，目前我们固体物理课程所讲述的固体理论依然处在该书建立的体系中，它处理问题的基本方法取得了辉煌的成就，并一直普遍使用到今天，而且还将会继续使用下去，因此理解并掌握好这种方法是学好固体物理课的关键之处。 作为固体理论的第一个范式： 固体物理研究周期结构中波的传播问题，无论是弹性波、电磁波，de-Broglie波相关理论的共同点是：充分利用了晶体结构