本書聚焦凝聚態(tài)物理相關(guān)內(nèi)容，既注重固體物理基礎(chǔ)，又結(jié)合近幾十年凝聚態(tài)物理的發(fā)展，并強(qiáng)調(diào)凝聚態(tài)物理在材料科學(xué)上的應(yīng)用。全書共10章。第1～6章給出傳統(tǒng)固體物理概念與理論的基本框架，同時(shí)加入了一些傳統(tǒng)研究方向的新發(fā)展。關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)容從經(jīng)典的晶體結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到非晶結(jié)構(gòu)、納米團(tuán)簇和準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)；關(guān)于電子結(jié)構(gòu)，內(nèi)容從傳統(tǒng)的單電子近似到能帶理論及應(yīng)用，然后擴(kuò)展到多電子引起的多體效應(yīng)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)以及材料電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。對(duì)于傳統(tǒng)的固體光學(xué)理論和鐵磁理論，本書介紹得更加詳細(xì)�？紤]到近年來凝聚態(tài)物理的進(jìn)展及與材料科學(xué)領(lǐng)域的交叉，第7～10章結(jié)合納米尺度、量子效應(yīng)、關(guān)聯(lián)效應(yīng)、強(qiáng)相互作用、對(duì)稱破缺與凝聚等新概念，介紹了一些凝聚態(tài)物理主要的新理論基礎(chǔ)和研究領(lǐng)域。
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新加坡南洋理工大學(xué) 物理及應(yīng)用物理系，博士；中科院長春光機(jī)所，碩士；
目錄
前言
第1章 晶體結(jié)構(gòu)與對(duì)稱 1
1.1 晶體的結(jié)構(gòu) 1
1.2 晶體的對(duì)稱 2
1.2.1 群論基礎(chǔ) 2
1.2.2幾何變換下之結(jié)構(gòu)不變性 2
1.2.3晶系與空間群簡介 4
1.3 晶面與晶向 5
1.3.1晶體結(jié)構(gòu)幾何要素 5
1.3.2常見的晶體結(jié)構(gòu) 6
1.4倒格子與布里淵區(qū) 7
1.5 晶體的X射線衍射 8
1.5.1 布拉格衍射條件 8
1.5.2勞厄衍射條件 9
1.5.3 X射線晶體衍射理論 10
1.5.4衍射研究歷史回顧 11
第2章 晶體的形成與化學(xué)鍵 12
2.1基本的晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵 12
2.2 晶體的結(jié)合能 14
2.2.1與系統(tǒng)總能相關(guān)的物理量 14
2.2.2分子晶體的結(jié)合能 15
2.2.3范德瓦耳斯相互作用 16
2.2.4離子晶體的結(jié)合能 18
2.2.5共價(jià)晶體結(jié)合能 20
2.2.6金屬晶體結(jié)合能 21
2.3非晶與準(zhǔn)晶 22
2.3.1 非晶態(tài) 22
2.3.2準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu) 24
2.3.3準(zhǔn)晶的形成 25
2.3.4準(zhǔn)晶的相變 25
2.4團(tuán)簇與納米顆粒 25
第3章 固體振動(dòng)理論 27
3.1晶格振動(dòng)模型 27
3.1.1 一維單原子鏈 27
3.1.2周期性邊界條件與量子化 28
3.1.3 —維雙原子鏈 29
3.1.4三維晶格振動(dòng) 30
3.2聲子譜結(jié)構(gòu) 33
3.2.1態(tài)密度函數(shù) 34
3.2.2三維情況下的態(tài)密度 35
3.2.3彈性波近似下的態(tài)密度 37
3.3 晶格熱容量 37
3.3.1簡諧近似和簡正坐標(biāo) 37
3.3.2 晶格振動(dòng)的量子化 38
3.3.3 經(jīng)典理論的困難 39
3.3.4 愛因斯坦模型 40
3.3.5 德拜模型 41
3.4 長波光學(xué)模與電磁波的耦合 44
3.4.1 長波光學(xué)模 44
3.4.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ忘S方程 45
3.4.3 耦合的微觀理論 47
3.4.4 離子晶體的光學(xué)性質(zhì) 49
3.4.5 極化激元 51
3.5 非簡諧效應(yīng) 53
3.5.1 非簡諧效應(yīng)簡介 53
3.5.2 關(guān)于非簡諧的一個(gè)簡單模型 54
3.5.3 固體狀態(tài)方程和格林艾森常數(shù) 54
3.5.4 體積膨脹系數(shù) 55
3.5.5 晶格的熱傳導(dǎo) 57
第4章 固體電子理論 60
4.1 金屬電子論 60
4.1.1 自由電子氣的經(jīng)典理論 61
4.1.2 量子自由電子論 62
4.1.3 金屬電子量子論的應(yīng)用 72
4.2 能帶理論 82
4.2.1 能帶論基礎(chǔ)簡單介紹 82
4.2.2 布洛赫定理 84
4.2.3 能帶的對(duì)稱性 87
4.2.4 近似模型 89
4.2.5 克勒尼希-彭尼模型 102
4.2.6 晶體能帶的對(duì)稱性 104
4.2.7 能態(tài)密度和費(fèi)米面 109
4.2.8 固體的基本電導(dǎo)特性 114
4.3 多體電子關(guān)聯(lián) 131
4.3.1 哈特里-�？私� 132
4.3.2 庫普曼斯定理 135
4.3.3 自由電子哈特里-�？死碚� 136
4.3.4 屏蔽庫侖勢(shì) 138
4.3.5 等離子體振蕩 139
4.3.6 費(fèi)米液體理論 140
4.3.7 強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和哈伯德模型 144
4.4 能帶的計(jì)算方法與理論 150
4.4.1 平面波方法 150
4.4.2 正交化平面波方法 152
4.4.3 贗勢(shì)方法 153
4.4.4 綴加平面波方法 154
4.4.5 密度泛函理論 155
第5章 固體光學(xué)理論 159
5.1 光與物質(zhì)的相互作用 159
5.1.1 輻射場(chǎng)與電子體系作用的微擾論方法 160
5.1.2 二能級(jí)躍遷的速率方程 161
5.2 帶間躍遷與光吸收 162
5.2.1 直接帶邊吸收 162
5.2.2 禁止的直接吸收 164
5.2.3 聲子輔助的間接躍遷光吸收 164
5.2.4 帶間躍遷吸收譜的理論分析 167
5.3 光發(fā)射與激子效應(yīng) 169
5.3.1 激發(fā)態(tài)電子弛豫與復(fù)合 169
5.3.2 發(fā)光與吸收的關(guān)系 170
5.3.3 帶間復(fù)合發(fā)光 171
5.3.4 激子現(xiàn)象 172
5.3.5 激子躍遷理論 174
5.4 雜質(zhì)和缺陷發(fā)光 177
5.4.1 固體中可能的光學(xué)躍遷 177
5.4.2 發(fā)光中心和位形坐標(biāo) 178
5.4.3 分立中心的吸收與發(fā)光 181
5.4.4 帶與雜質(zhì)中心間的躍遷 182
5.4.5 施主-受主聯(lián)合中心的躍遷 182
5.4.6 等電子雜質(zhì)中心的躍遷 183
5.5 晶格振動(dòng)與光的紅外吸收 183
5.5.1 離子晶體振動(dòng)的色散關(guān)系與紅外吸收. 183
5.5.2 局域振動(dòng)的紅外吸收 185
5.5.3 晶格振動(dòng)光吸收的理論基礎(chǔ) 186
5.5.4 極化激元和多聲子過程 191
5.5.5 分子的紅外吸收 191
5.6 晶格振動(dòng)與光的拉曼散射 192
5.6.1 拉曼散射及其基本原理 192
5.6.2 拉曼散射的經(jīng)典理論 193
5.6.3 拉曼張量 198
5.6.4 拉曼散射的微觀理論 199
5.6.5 共振拉曼散射和多聲子拉曼散射 201
5.6.6 振動(dòng)拉曼活性和紅外活性 202
第6章 固體鐵磁理論 204
6.1 磁性的基本特征 204
6.2 局域磁矩理論 205
6.2.1 拉莫爾進(jìn)動(dòng) 205
6.2.2 自旋-軌道耦合 206
6.2.3 晶體場(chǎng)效應(yīng) 207
6.2.4 束縛電子的抗磁性 209
6.2.5 自由電子的磁性 209
6.2.6 朗之萬順磁理論 211
6.3 巡游電子和鐵磁能帶理論 214
6.3.1 分子場(chǎng)理論 214
6.3.2 局域磁性一海森伯模型 217
6.3.3 非局域磁性——哈伯德模型和斯托納理論 219
6.3.4 RKKY模型 221
6.3.5 超交換作用 221
6.3.6 磁性的能帶理論 223
6.4 巨磁電阻和龐磁電阻效應(yīng) 223
6.4.1 巨磁電阻效應(yīng) 223
6.4.2 龐磁電阻效應(yīng) 226
6.4.3 稀磁半導(dǎo)體 227
第7章 納米結(jié)構(gòu)物理 230
7.1 晶格的缺陷 230
7.1.1 晶體中的點(diǎn)缺陷 230
7.1.2 晶體中的位錯(cuò) 233
7.1.3 面位錯(cuò) 236
7.2 晶體的表面和界面物理 237
7.2.1 晶體表面的Wood命名 237
7.2.2 表面缺陷 239
7.2.3 表面電子結(jié)構(gòu) 242
7.2.4 表面功函數(shù)和表面吸附 244
7.2.5 表面催化 244
7.2.6 表面掃描探測(cè)技術(shù) 245
7.3 半導(dǎo)體量子阱與超晶格 247
7.3.1 半導(dǎo)體介紹 247
7.3.2 半導(dǎo)體能帶與有效質(zhì)量近似 248
7.3.3 半導(dǎo)體導(dǎo)電 251
7.3.4 半導(dǎo)體量子阱與超晶格 255
7.3.5 半導(dǎo)體量子阱與超晶格的各種物理效應(yīng) 257
7.4 量子點(diǎn)和量子線 259
7.4.1 量子點(diǎn)和量子線材料介紹 259
7.4.2 納米結(jié)構(gòu)的制備方法簡介 260
7.4.3 納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用介紹 262
第8章 低維度電子物理 264
8.1 量子耦合系統(tǒng) 264
8.1.1 近藤效應(yīng) 264
8.1.2 雙量子點(diǎn)隧穿 265
8.1.3 約瑟夫森效應(yīng) 268
8.2 整數(shù)量子霍爾效應(yīng) 270
8.2.1 二維電子體系 270
8.2.2 二維電子氣在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 273
8.2.3 霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果討論 275
8.2.4 邊緣態(tài)模型 277
8.3 分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng) 279
8.3.1 分?jǐn)?shù)霍爾實(shí)驗(yàn)及理論解釋 279
8.3.2 分?jǐn)?shù)電荷和復(fù)合費(fèi)米子 282
第9章 相變與凝聚 284
9.1 朗道相變理論 284
9.1.1 對(duì)稱破缺和序參量 284
9.1.2 二級(jí)相變 286
9.1.3 弱一級(jí)相變 288
9.1.4 非均勻態(tài)相變 291
9.1.5 序參量的漲落 292
9.2 玻色-愛因斯坦凝聚 295
9.3 低溫超導(dǎo)體 299
9.3.1 超導(dǎo)態(tài)的磁場(chǎng) 300
9.3.2 超導(dǎo)態(tài)的凝聚能 301
9.3.3 超導(dǎo)態(tài)的熱容量 301
9.3.4 二流體模型與倫敦方程 302
9.3.5 超導(dǎo)是一類宏觀量子現(xiàn)象 305
9.4 唯象超導(dǎo)理論 306
9.4.1 金茲堡-朗道超導(dǎo)理論 306
9.4.2 一個(gè)簡單的例子 308
9.4.3 二類超導(dǎo)體 309
9.5 BCS理論 311
9.5.1 電子-聲子耦合 311
9.5.2 庫珀電子對(duì) 312
9.5.3 BCS理論要點(diǎn) 314
9.5.4 高溫超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn) 315
第10章 量子輸運(yùn)理論 317
10.1 固體的基本電導(dǎo)特性 317
10.1.1 玻爾茲曼方程 317
10.1.2 電導(dǎo)率方程 318
10.1.3 彈性散射引起的弛豫時(shí)間 319
10.1.4 電子-聲子散射機(jī)制 320
10.1.5 交變電場(chǎng)下的電子電導(dǎo) 324
10.1.6 半導(dǎo)體遷移率 326
10.2 量子輸運(yùn)和安德森局域化 327
10.2.1 量子輸運(yùn)的特征量 327
10.2.2 安德森局域化 331
10.3 彈道輸運(yùn)和庫侖阻塞 335
10.3.1 朗道爾-比特克電導(dǎo)公式 335
10.3.2 電子的彈道輸運(yùn) 338
10.3.3 庫侖阻塞 339
10.3.4 量子點(diǎn)中的庫侖阻塞 340
參考文獻(xiàn) 343
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