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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17

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33

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36

1.7 晶体的倒格子与布里渊区37

1.7.1 倒格子基矢37

1.7.2 布里渊区39

1.7.3 典型晶格的倒格子与布里渊区的例子40

1.8 晶体中的X光衍射43

1.8.1 概述43

1.8.2 衍射波的振幅与强度43

1.8.3 决定散射的诸因素44

1.8.4 产生衍射极大的条件46

1.8.5 布拉格定律47

1.8.6 劳厄方程47

1.8.7 厄瓦尔德反射球48

1.9 非晶态材料的结构48

1.10 准晶态49

1.11 群与晶体点阵的分类51

1.11.1 群的概念51

1.11.2 7个晶系和14种空间点阵52

1.11.3 晶体结构的32种点群和230空间群57

本章小结59

思考题60

习题61

参考文献62

第2章 晶体的结合63

2.1 内能函数与晶体的性质63

2.1.1 内能函数63

2.1.2 晶体的性质73

2.2 离子结合76

2.2.1 离子结合的定义和特点76

2.2.2 离子晶体的结合能76

2.2.3 马德隆常数的计算79

2.3 共价结合80

2.3.1 共价结合的定义80

2.3.2 共价键的特性85

2.3.3 共价结合的内能86

2.4 金属结合86

2.5 范德瓦尔斯结合88

2.6 氢键结合90

2.7 晶体结合的规律性91

本章小结94

思考题96

习题96

参考文献97

第3章 晶格振动98

3.1 一维单原子晶格的振动98

3.1.1 物理模型与运动方程98

3.1.2 玻恩—卡曼周期性边界条件101

3.1.3 关于格波的讨论102

3.2 一维双原子链的晶格振动105

3.2.1 模型与色散关系105

3.2.2 关于声学波和光学波的讨论106

3.2.3 三维晶格振动109

3.2.4 格波态密度函数111

3.3 晶格振动的量子化与声子112

3.3.1 晶格振动与谐振子112

3.3.2 能量量子和声子113

3.3.3 平均声子数115

3.3.4 确定声子谱的方法116

3.4 晶体的热容120

3.4.1 概述120

3.4.2 爱因斯坦模型122

3.4.3 德拜模型122

3.4.4 实验和理论的比较125

3.4.5 关于德拜温度ΘD的讨论127

3.5 非简谐效应128

3.5.1 简谐近似的局限128

3.5.2 热膨胀129

3.5.3 声子碰撞与热传导134

3.5.4 N过程和U过程135

3.5.5 声子热导率λ与温度的关系136

3.6 无序系统中的原子振动140

3.7 声子晶体143

3.8 新型负热膨胀材料146

本章小结150

思考题151

习题152

参考文献153

第4章 固态电子论基础154

4.1 经典自由电子论155

4.1.1 经典自由电子论155

4.1.2 欧姆定律的解释156

4.1.3 维德曼—夫兰兹定律的解释156

4.1.4 经典自由电子论的缺陷157

4.2 费米分布函数与费米能级158

4.2.1 自由电子的能级和能态密度158

4.2.2 费米分布函数160

4.2.3 费米能及其相关物理量163

4.3 索末菲自由电子气模型165

4.3.1 索末菲自由电子气模型165

4.3.2 自由电子气的热容165

4.4 金属的热容、电导与热导168

4.4.1 金属的热容168

4.4.2 金属的电导170

4.4.3 金属的热导171

4.5 功函数与接触电势差173

4.5.1 功函数及热电子发射173

4.5.2 接触电势差175

4.6 经典自由电子论与伦敦方程177

本章小结180

思考题181

习题181

参考文献182

第5章 固体能带论183

5.1 固体中电子的共有化和能带183

5.2 布洛赫定理186

5.2.1 周期性势场186

5.2.2 布洛赫定理187

5.2.3 布洛赫定理的证明188

5.2.4 布洛赫定理的一些重要推论189

5.3 近自由电子模型190

5.3.1 近自由电子模型190

5.3.2 近自由电子的能量与波函数191

5.4 紧束缚模型——原子轨道线性组合法200

5.5 克龙尼克—潘纳模型204

5.6 晶体中电子的准经典运动208

5.6.1 布洛赫电子的速度209

5.6.2 布洛赫电子的准动量210

5.6.3 晶体中电子的加速度和有效质量张量210

5.7 能带填充与导电性214

5.7.1 满带215

5.7.2 空穴217

5.7.3 导体、半导体和绝缘体217

5.8 实际晶体的能带219

5.8.1 能带简并219

5.8.2 k空间等能面220

5.8.3 电子回旋共振221

5.8.4 硅和锗的能带结构223

5.8.5 砷化镓的能带结构227

5.8.6 氮化镓和氮化铝的能带结构228

5.8.7 碳化硅的能带结构229

5.9 能带计算的其它方法230

5.10 能带计算过程与计算软件简介235

本章小结244

思考题246

习题247

参考文献249

第6章 晶体中的缺陷250

6.1 点缺陷250

6.1.1 几种典型的点缺陷250

6.1.2 热缺陷的统计理论252

6.1.3 色心254

6.2 线缺陷256

6.2.1 晶体的剪切强度256

6.2.2 位错的基本类型258

6.2.3 位错的运动259

6.2.4 位错与晶体性质的关系260

6.3 面缺陷261

6.3.1 小角晶界261

6.3.2 堆垛层错262

6.4 扩散和原子的布朗运动263

6.4.1 扩散的宏观规律263

6.4.2 扩散的微观机制265

6.4.3 扩散系数266

6.5 半导体中的杂质和缺陷能级269

6.5.1 施主能级和受主能级269

6.5.2 缺陷能级273

6.6 位错的应力场与弹性应变能275

6.6.1 位错的应力场275

6.6.2 位错的弹性应变能278

本章小结279

思考题280

习题280

参考文献281

第7章 晶体的导电性282

7.1 分布函数与玻耳兹曼方程282

7.1.1 电子的分布函数283

7.1.2 晶体中的电流密度283

7.1.3 玻耳兹曼方程284

7.2 晶体中的散射机制284

7.2.1 半导体中的电子散射机制285

7.2.2 金属中的电子散射机制288

7.3 弛豫时间近似与金属和半导体的电导率289

7.3.1 弛豫时间近似289

7.3.2 金属的电导率290

7.3.3 半导体的电导率292

7.4 迁移率与温度的关系293

7.4.1 漂移速度和迁移率293

7.4.2 平均自由时间与散射概率294

7.4.3 迁移率与杂质和温度的关系295

7.5 电导率与温度的关系298

7.5.1 金属电导率与温度的关系298

7.5.2 非简并半导体的电导率与温度的关系300

7.6 超导电性304

7.6.1 超导态与超导体304

7.6.2 超导态的基本特征305

7.6.3 伦敦方程308

7.6.4 BCS理论309

7.7 约瑟夫森效应及意义313

本章小结315

思考题316

习题316

参考文献317

第8章 固体的介电性318

8.1 晶体的介电常数318

8.1.1 电极化318

8.1.2 宏观平均电场320

8.1.3 电介质的极化机制320

8.1.4 电介质的有效电场325

8.2 介电弛豫与介电损耗329

8.2.1 电介质的弛豫329

8.2.2 电介质的损耗330

8.2.3 柯尔—柯尔（Cole-Cole）图333

8.3 铁电性333

8.3.1 电介质的自发极化333

8.3.2 电畴结构334

8.3.3 铁电体的电滞回线335

8.3.4 铁电体的极化处理335

8.3.5 相变336

8.3.6 软模理论337

8.3.7 典型铁电材料339

本章小结343

思考题344

习题344

参考文献344