普通高等教育“九五”国家级重点教材 固体物理学 胡安章维益 高等教育出版社
内容简介 本书是普通高等教育“九五”国家级重点教材,是作者多年来在南京大学讲授固体物理 的经验的总结作为一本面向大学本科学生的教材,本书在内容取舍、顺序安排、难度处理等 诸多方面都经过反复斟酌本书在传统固体物理的理论框架和不增加篇幅的情况下,对一些 一般教材讲解较少的内容做了比较深入的讲解,例如非完整晶格振动中的局域模、磁致电阻、 范弗莱克顺磁性和超交换耦合等同时,作者适当地引入了一些凝聚态研究领域的新进展,如 准晶体、量子霍尔效应和自旋相关输运等,在尽量不涉及高等量子力学和复杂的数学处理的 情况下做到物理图像清晰、内容融会贯通,以使学生能够掌握从事凝聚态物理研究工作的专 业基础知识全书内容包括晶体的结构及其对称性晶体的结合晶格动力学和晶体的热学性 质、能带论、金属电子论、半导体电子论、固体磁性和超导电性8章 本书可作为高等院校物理类专业本科生、研究生的固体物理教材,也可供其他专业的师 生及社会读者参考 图书在版编目(CIP)数据 固体物理学/胡安,章维益一北京:高等教育出 版社,2005.6 ISBN7-04-017027-2 .固..①胡②章Ⅲ.固体物理学-高 等学校-教材Ⅳ.048 中国版本图书馆CIP数据核字(2005)第036721号 策划编辑庞永江责任编辑董洪光封面设计刘晓翔责任绘图吴文信 版式设计王艳红责任校对朱惠芳责任印制杨明 出版发行高等教育出版社 购书热线010-58581118 社址北京市西城区德外大街4号 免费咨询800-810-0598 邮政编码100011 网址 http://www.hep.edu.cn 总机010-58581000 http://www.hep.com.cn 经销北京蓝色畅想图书发行有限公司网上订购htpw. http: //www. landraco. com.com 印刷国防工业出版社印刷厂 http://www.landraco.com.en 开本787×9601/16 版次2005年6月第1版 印张23.25 印次2005年6月第1次印刷 字数430000 定价29.00元 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题,请到所购图书销售部门联系调换 版权所有侵权必究 物料号17027-00
序言 本书作为高等院校理工科讲授固体物理的教科书,目的在于希望通过本课 程的学习,使学生掌握从事凝聚态物理研究工作的起码的物理基础,以及进一步 学习固体理论和凝聚态物理学所需要的基本概念和知识 作为凝聚态物理基础的固体物理学,主要把晶态物质作为讨论对象.在单粒 子近似的基础上,充分利用晶格的平移对称性,统一处理周期结构中波的传播问 题·格波在周期结构中传播导致晶格动力学,德布罗意波在周期结构中传播导致 能带论,也包括自旋波和电磁波在周期结构中的传播, 固体物理学的基本任务是企图从微观上去解释固体材料的宏观物理性质, 并阐眀其规律性·系统的基态和漱发态性质是理解固体物理性质的关键.固体的 基态只依赖于体系中粒子之间的内寨相互作用例如,考虑固体中不同类型的原 子间的相互作用,可以构造成具有不同对称性的晶体结构,而建立在单电子基础 上的金属电子论,体系的基态是电子按能级填充,一直到费米能为止,这是忽略 了相互作用的基态除此之外,不同的相互作用将在一定条件下构成形形色色的 固体基态,例如,磁性离子之间的交换作用可以形成铁磁或反铁磁基态,电子与 声子的相互作用使费米面附近的电子配对(称为库珀对)构成常规超导体的基 态,等等·基态不仅是能量的最低状态,而且是某种有序状态,晶体在外场扰动下 将从基态跃迁到激发态·在弱外场下,晶体的低激发态可以看作一些独立激发单 元的集合,这些敵发单元通常称为元激发,在本书的相应章节中,应用简单模型 和处理方法去论述系统的基态和激发态属性,自然地引入各种类型的基态和元 激发,这些元激发包括:准电子、空穴、声子、极化激元,等离激元、激子和自旋波 量子等,而不将固体中的元激发作为专章讨论 固体物理是建立在周期性和单粒子近似下的简单理论.对于偏离周期性的 系统(包括准周期系统、无序系统、含缺陷的晶体、表面和界面等)以及由于无序 导致的局域化问题,并不做全面的论述,只是在适当的章节,穿插某些典型例子 点到为止,以此说明简单理论的局隈性和解决间题的思路,超越单粒子近似而计 入粒子间相互作用的多体效应问题,诸如金属磁性和超导电性,只在本书第七章 和第八章中做简单讨论,至于窄能带系统中电子关联导致的金属-绝缘体相变 等问题也只以典型例子在相应章节中加以讨论 本书是根据作者多年来在南京大学讲授固体物理的讲稿整理而成的,凝聚
i序言 态物理是一门发展迅速、涉及范围广泛的学科.作为凝聚态物理基础的固体物理 学,自然要适应学科发展的需要,不断地增添一些新的内容.但是作为一本面对 大学本科阶段的教科书,如果一味贪新求全,必然得之东隅,失之桑榆,以致教材 理论艰涩、内容臃肿,篇幅浩繁,不利施教·因此在内容取舍、顺序安排、处理深浅 诸方面都颇多斟酌,本书力求在传统固体物理的理论框架下,穿插一些新的进展 内容,尽量不涉及高等量子力学和复杂的数学处理,做到物理图像清晰,内容融 会贯通.全书共包括晶体的结构及其对称性、晶体的结合、晶格动力学和晶体的 热学性质、能带论、金属电子论、半导体电子论、固体磁性和超导电性等8章,前 七章由胡安执笔,第八章由章维益执笔,全书由章维益和胡安讨论定稿 本书的最后附有习题选编,习题可分为两类:一类是基本题目,目的是为了 使学生巩固和加深对授课内容的理解;另一类涉及凝聚态物理的许多重要物理 效应,诸如λ射线衍射线宽、德拜-瓦勒因子、K3C如晶格的马德隆常数、科恩反 常、软声子模、派尔斯失稳、反铁磁自旋波、近藤效应等.由于教材篇幅的限制,不 拟将后一类题目的内容纳入教材正文,而将其作为习题使之与正文的固体物理 基本理论前后呼应,相得益彰.这样不仅可以充分发挥学生的独立思考的潜质, 也可以培养他们将来从事科学研究的能力 在成书的过程中,我们始终得到冯端教授、李正中教授和张杏奎教授的热情 指导和鼓励。在文字处理和插图绘制方面,得到张维、盛雯婷、孙亮、陈峥嵘、游彪 等先生的热情帮助,谨此致谢.由于作者学识浅陋,书中必定存在许多错误和不 妥之处,祈请各位专家及广大读者予以批评指正 胡安章维益 2005年1月
目录 第一章晶体的结构及其对称性 §1.1晶格及其平移对称性 、晶体结构及基元…… 二、结点和点阵 三、基矢和元胞… 7 §L.2晶列和晶面 、晶列及其品向标志… 二、晶面及有理指数定律… 三、品面指数和密勒指数 §13倒点阵………………………………………… 点阵傅里叶变换,倒点阵 、倒点阵的性质 §1.4晶体的宏观对称性 +++++4+ 、宏观对称性的描述… 二、宏观对称性破缺… 三、实例 四、晶体的宏观对称性与宏观物理性质……………………………………2 §L.5晶体点阵和结构的分类……………… 27 、群的概念… 二、7个品系和14种点阵… 三、晶体结构的32种点群和230种空间群… §1.6晶体X射线衍射… 、布拉格反射公式 ……38 二、劳厄方程 和,, 原子散射因子与几何结构因子 四、三种重要的X射线品体学分析方法……… §1.7准晶体 一、一维准周期( Fibonacci)点阵… ··, 二、投影理论及其衍射谱…………… 30s