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第1章 晶体结构1

1.1晶体的宏观特性1

1.2晶体的微观结构3

1.2.1空间点阵与基元4

1.2.2初基原胞5

1.2.3惯用原胞6

1.2.4威格纳—赛兹原胞6

1.3晶体的基本类型7

1.3.1二维晶格7

1.3.2三维晶格7

1.3.3晶系11

1.4典型的晶体结构12

1.4.1氯化钠结构13

1.4.2氯化铯结构15

1.4.3金刚石结构16

1.4.4闪锌矿结构17

1.4.5密堆积结构18

1.4.6纤维锌矿结构21

1.4.7钙钛矿结构21

1.4.8方解石结构22

1.4.9黄铁矿结构22

1.4.10红镍矿和金红石结构23

1.4.11尖晶石结构23

1.4.12刚玉结构25

1.4.13石榴石结构25

1.5晶体的对称性29

1.5.1旋转对称性30

1.5.2中心反演对称性30

1.5.3镜像操作30

1.5.4旋转反演操作31

1.5.5螺旋操作32

1.5.6滑移反映操作33

1.6晶面和晶面指数33

1.6.1格点指数34

1.6.2晶向指数34

1.6.3晶面指数35

1.6.4六角晶系的晶向指数和晶面指数37

1.7晶体的倒格子与布里渊区38

1.7.1倒格子基矢38

1.7.2布里渊区40

1.7.3典型晶格的倒格子与布里渊区的例子41

1.8晶体中的X光衍射44

1.8.1概述44

1.8.2衍射波的振幅与强度44

1.8.3决定散射的诸因素45

1.8.4产生衍射极大的条件47

1.8.5布拉格定律48

1.8.6劳厄方程48

1.8.7厄瓦尔德反射球49

1.9非晶态材料的结构50

1.10准晶态51

1.11群与晶体点阵的分类53

1.11.1群的概念53

1.11.27个晶系和14种空间点阵54

1.11.3晶体结构的32种点群和230空间群59

本章小结61

思考题62

习题63

参考文献64

第2章 晶体的结合65

2.1内能函数与晶体的性质65

2.1.1内能函数65

2.1.2晶体的性质65

2.2离子结合78

2.2.1离子结合的定义和特点78

2.2.2离子晶体的结合能78

2.2.3马德隆常数的计算81

2.3共价结合82

2.3.1共价结合的定义82

2.3.2共价键的特性87

2.3.3共价结合的内聚能88

2.4金属结合88

2.5范德瓦尔斯结合90

2.6氢键结合92

2.7晶体结合的规律性93

本章小结96

思考题98

习题98

参考文献99

第3章 晶格振动100

3.1一维单原子晶格的振动100

3.1.1物理模型与运动方程100

3.1.2玻恩—卡曼周期性边界条件103

3.1.3关于格波的讨论104

3.2一维双原子链的晶格振动107

3.2.1模型与色散关系107

3.2.2关于声学波和光学波的讨论108

3.2.3三维晶格振动111

3.2.4格波态密度函数113

3.3晶格振动的量子化与声子114

3.3.1晶格振动与谐振子114

3.3.2能量量子和声子115

3.3.3平均声子数117

3.3.4确定声子谱的方法118

3.3.5软模122

3.4晶体的热容123

3.4.1概述123

3.4.2爱因斯坦模型124

3.4.3德拜模型125

3.4.4实验和理论的比较127

3.4.5关于德拜温度？D的讨论129

3.5非简谐效应130

3.5.1简谐近似的局限130

3.5.2热膨胀131

3.5.3声子碰撞与热传导136

3.5.4N过程和U过程137

3.5.5声子热导率λ与温度的关系138

3.6无序系统中的原子振动142

3.7声子晶体145

3.8新型负热膨胀材料148

本章小结152

思考题153

习题154

参考文献155

第4章 固态电子论基础156

4.1经典自由电子论157

4.1.1经典自由电子论157

4.1.2欧姆定律的解释158

4.1.3维德曼——夫兰兹定律的解释158

4.1.4经典自由电子论的缺陷159

4.2费米分布函数与费米能级160

4.2.1自由电子的能级和能态密度160

4.2.2费米分布函数162

4.2.3费米能及其相关物理量165

4.3索末菲自由电子气模型167

4.3.1索末菲自由电子气模型167

4.3.2自由电子气的热容167

4.4金属的热容、电导与热导170

4.4.1金属的热容170

4.4.2金属的电导172

4.4.3金属的热导173

4.5功函数与接触电势差175

4.5.1功函数及热电子发射175

4.5.2接触电势差177

4.6经典自由电子论与伦敦方程179

本章小结182

思考题183

习题184

参考文献184

第5章 固体能带论186

5.1固体中电子的共有化和能带186

5.2布洛赫定理189

5.2.1周期性势场189

5.2.2布洛赫定理190

5.2.3布洛赫定理的证明191

5.2.4布洛赫定理的一些重要推论192

5.3近自由电子模型193

5.3.1近自由电子模型193

5.3.2近自由电子的能量与波函数194

5.4紧束缚模型——原子轨道线性组合法203

5.5克龙尼克—潘纳模型207

5.6晶体中电子的准经典运动212

5.6.1布洛赫电子的速度212

5.6.2布洛赫电子的准动量213

5.6.3晶体中电子的加速度和有效质量张量214

5.7能带填充与导电性218

5.7.1满带218

5.7.2空穴220

5.7.3导体、半导体和绝缘体221

5.8实际晶体的能带223

5.8.1能带简并223

5.8.2k空间等能面224

5.8.3电子回旋共振225

5.8.4硅和锗的能带结构227

5.8.5砷化镓的能带结构231

5.8.6氮化镓和氮化铝的能带结构232

5.8.7碳化硅的能带结构233

5.9能带计算的其它方法234

5.10能带计算过程与计算软件简介239

本章小结248

思考题250

习题251

参考文献253

第6章 晶体中的缺陷254

6.1点缺陷254

6.1.1几种典型的点缺陷254

6.1.2热缺陷的统计理论256

6.1.3色心258

6.2线缺陷260

6.2.1晶体的剪切强度260

6.2.2位错的基本类型262

6.2.3位错的运动263

6.2.4位错与晶体性质的关系264

6.3面缺陷265

6.3.1小角晶界265

6.3.2堆垛层错266

6.4扩散和原子的布朗运动267

6.4.1扩散的宏观规律267

6.4.2扩散的微观机制269

6.4.3扩散系数270

6.5半导体中的杂质和缺陷能级273

6.5.1施主能级和受主能级273

6.5.2缺陷能级277

6.6位错的应力场与弹性应变能279

6.6.1位错的应力场279

6.6.2位错的弹性应变能282

本章小结283

思考题284

习题284

参考文献285

第7章 晶体的导电性286

7.1分布函数与玻耳兹曼方程286

7.1.1电子的分布函数287

7.1.2晶体中的电流密度287

7.1.3玻耳兹曼方程288

7.2晶体中的散射机制288

7.2.1半导体中的电子散射机制289

7.2.2金属中的电子散射机制292

7.3弛豫时间近似与金属和半导体的电导率293

7.3.1弛豫时间近似293

7.3.2金属的电导率294

7.3.3半导体的电导率296

7.4迁移率与温度的关系297

7.4.1漂移速度和迁移率297

7.4.2平均自由时间与散射概率298

7.4.3迁移率与杂质和温度的关系299

7.5电导率与温度的关系302

7.5.1金属电导率与温度的关系302

7.5.2非简并半导体的电导率与温度的关系304

7.6超导电性308

7.6.1超导态与超导体308

7.6.2超导态的基本特征310

7.6.3伦敦方程313

7.6.4BCS理论314

7.7约瑟夫森效应及意义318

本章小结320

思考题321

习题321

参考文献322