固体物理--绪论.ppt

近代物理发展史 1. 1803年，道尔顿 近代原子论：万物由几十种原子组成。 1803年10月，在曼彻斯特文学和哲学学会的一次活动中，道尔顿第一次讲述了他的原子论。他的基本观点可归纳为三点: 4. 20世纪初，卢瑟夫建立原子结构的行星模型，探讨原子结构模型和经典物理学的矛盾，导致量子力学诞生。产生了原子、分子物理、凝聚态物理、原子核物理。 一、固体物理的研究对象 固体按结构分为：晶体、非晶体、准晶体 固体物理研究首先选择晶体作为研究对象来研究固体电子和原子的运动规律，在此基础上才开始研究非晶体。 概念了解： 理想晶体——内在结构完全规则的固体—又叫做完整晶体。 近乎完整的晶体——固体中或多或少地存在有不规则性（缺陷），在规则排列的背景中尚存在微量不规则性的晶体 二、发展过程 十七世纪，惠更斯的椭球堆积模型，解释方解石双折射现象。 十八世纪，阿羽依：晶体由平行六面体的基石堆积，有理指数定律。 cos(a1,n): cos(a2,n) : cos(a3,n) =1/r : 1/s : 1/t 十九世纪，布拉维空间点阵学说：一些相同的点子在空间有规律地作周期性的无限分布。 十九世纪末，费多罗夫、熊夫利、巴罗等发展了晶体微观几何结构的理论体系—空间群理论。 另外，十九世纪根据经验总结了许多经验定律 晶体比热：杜隆-珀替定律，Cv=3NkB 导热导电性质 魏德曼-佛兰兹定律：在室温下，金属的热导率和电导率的比值为常数。 二十世纪： 1） 1912年，劳厄：晶体可以作为X射线衍射光栅，证实空间群理论。 XRD确定晶相。 2） 量子理论的发现可以深入正确描述晶体内部微观粒子的运动过程。 爱因斯坦：引入量子化概念研究晶格振动。 索末菲：在自由电子论基础上发展了固体量子论。 费米发展了电子统计理论：电子服从费米-狄拉克统计。为以后研究晶体中电子运动的过程指出了方向。 在以上基础上，建立了晶格动力学和固体电子态理论（能带论）。区分了导体和绝缘体。预测了半导体的存在。 3） 20世纪四十年代末，以诸、硅为代表的半导体单晶的出现并制成了晶体三极管——产生了半导体物理。 4）1960年诞生的激光技术对固体的电光、声光和磁光器件不断地提出新要求。 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。(适用条件，使用方法，局限性等） 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中的平移对称性，使问题得到简化，因此作为实空间Fourier变换而得到的波矢空间的重要性就被突出出来，波矢空间的基本单位是布里渊区，因此了解布里渊区内部和边界上的能量波矢关系就成为解决具体问题的关键。 有人（Hall）比喻： 倒易空间和布里渊区是固体物理的 Maxwell方程 固体物理学是二十世纪物理学中发展最快、影响最大、领域最广的一门学科。统计表明，现今四分之一的物理工作者从事固体物理研究，每年发表的物理科学论文中三分之一属于固体物理领域。(广义地说凝聚态物理学) Shockley, Bardeen,Brattain1947年12月23日发现了半导体晶体管的放大效应，由此带来的巨大影响是固体物理和高科技发展关系的最典型的说明。1950年晶体三极管，1954年硅晶体管，1959年集成电路，之后大规模集成电路，超大规模集成电路相继问世，极大地推动了计算机的发展，促成了人类历史上的第3次技术革命。 上世纪六七十年代后，固体物理的发展更为迅速，不但晶体材料的研究更加完美，而且逐渐走出大块晶体的范畴，开始了对微细材料和无序固体的开发和利用，新发现、新进展接踵而来 1973年非晶态金属薄膜商品化； 1976年非晶硅太阳能电池问世； 1984年在人工合成材料中发现准晶体； 1984年首次合成了纳米金属晶体Pd, Fe等。 1985年发现了以C60为代表的团簇化合物； 1986年新型高温超导材料的发现； 1988年发现巨磁阻效应(GMR)； 1991年发现碳纳米管； 1994年发现超大磁阻效应(CMR)； 1995年穿隧磁阻TMR 的再发现；