固體物理學課程教學大綱.doc

固體物理學 課程教學大綱一、課程說明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學分； 課程名稱：固體物理學 所屬專業(yè)：理學專業(yè) 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課 學 分：4（二）課程簡介、目標與任務(wù)；課程簡介：固體物理學是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運動形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學。它是物理學中內(nèi)容極豐富、應用極廣泛的分支學科。本課程以點陣及晶體對稱性為主線，以周期結(jié)構(gòu)中的波動問題貫穿固體物理的整個教學內(nèi)容?；灸繕伺c任務(wù)：1. 掌握包括對點陣及晶體對稱性的定義、表征和檢測，以及在晶體中物質(zhì)的運動規(guī)律；2. 在掌握知識架構(gòu)的同時，對固體物理中處理多體問題的方法及其局限性有所了解，并了解一些重要概念的實驗探測；3. 獲得在本門課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些基本問題的初步能力；4. 為學習后續(xù)課程和獨力解決實際問題打下必要的基礎(chǔ)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；先修課程：理論力學、電動力學、熱力學統(tǒng)計物理、量子力學以及數(shù)學物理方法 關(guān)系：理論力學、電動力學、熱力學統(tǒng)計物理、量子力學以及數(shù)學物理方法是固體物理學的數(shù)學基礎(chǔ)和物理基礎(chǔ)，固體物理學在此先修課程的基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運動形態(tài)。（四）教材與主要參考書。選用教材：基泰爾， 固體物理導論（第八版）。主要參考書：1. 黃昆、韓汝琦，固體物理學，高等教育出版社2. Neil W. Ashcroft、N.David Mermin，Solid state Physics3. 劉友之、聶向富、蔣生蕊，固體物理學習題指導二、課程內(nèi)容與安排緒論 第一章 晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié) 原子的周期性陣列第二節(jié) 晶格的基本類型第三節(jié) 晶面指數(shù)系統(tǒng)第四節(jié) 簡單晶體結(jié)構(gòu)第二章 晶體衍射和倒格子第一節(jié) 晶體衍射第二節(jié) 散射波振幅第三節(jié) 布里淵區(qū)第四節(jié) 結(jié)構(gòu)基元的傅里葉分析第三章 晶體結(jié)合與彈性常量第一節(jié) 晶體結(jié)合的基本形式第二節(jié) 惰性元素晶體（分子晶體）第三節(jié) 離子晶體第四節(jié) 共價晶體第四章 聲子（I）：晶格振動第一節(jié) 單原子結(jié)構(gòu)基元情況下的晶格振動第二節(jié) 基元中含有兩個原子的情況第三節(jié) 彈性波的量子化第四節(jié) 聲子動量第五節(jié) 聲子引起的非彈性散射第五章 聲子（II）：熱學性質(zhì)第一節(jié) 聲子比熱容第二節(jié) 非諧晶體相互作用第三節(jié) 導熱性第六章 自由電子費米氣第一節(jié) 自由電子費米氣的物理模型第二節(jié) 能級和軌道第三節(jié) 電子氣的比熱容第四節(jié) 電導率和歐姆定律第五節(jié) 電子在外加磁場中的運動第六節(jié) 金屬熱導率第七章 能帶第一節(jié) 近自由電子模型第二節(jié) 布洛赫定理第三節(jié) 克勒尼希-彭尼模型第四節(jié) 電子在周期性勢場中的波動方程第五節(jié) 能帶圖示法第六節(jié) 金屬與絕緣體第八章 半導體晶體第一節(jié) 運動方程第二節(jié) 有效質(zhì)量第三節(jié) 回旋共振第四節(jié) 本征載流子濃度第五節(jié) 雜質(zhì)導電性第九章 費米面和金屬第一節(jié) 費米面構(gòu)圖法第二節(jié) 電子在恒定磁場下的運動軌道第三節(jié) 等能面與軌道密度第四節(jié) 緊束縛近似第五節(jié) 費米面研究中的實驗方法（一）教學方法與學時分配采用以課堂講授為主、結(jié)合習題討論和隨堂提問的方法，促進學生認真聽講及課后復習整理。學時分配如下：緒論（2學時）第一章（8學時）第二章（8學時）第三章（6學時）第四章（8學時）第五章（8學時）第六章（10學時）第七章（10學時）第八章（6學時）第九章（6學時）（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：緒論： 固體物理的發(fā)展，在理學學科基礎(chǔ)理論中的重要地位，參考書目第一章：晶體空間對稱性的描述方法，基本的晶體結(jié)構(gòu)，晶面指數(shù)，布喇菲點陣類型，對稱操作。第二章：倒格子與倒格子矢量，倒格子矢量與晶面指數(shù)的關(guān)系，布拉格定理與勞埃衍射條件，布里淵區(qū)，X射線實驗方法，基元的幾何結(jié)構(gòu)因子。第三章：晶體結(jié)合的基本形式，內(nèi)聚能，范德瓦爾斯相互作用，離子晶體的馬德隆能，晶體平衡最近鄰距離。第四章：格波與聲子，晶體振動的色散關(guān)系，第一布里淵區(qū)，聲學支與光學支。第五章：模式密度，描述晶體熱容的兩種模型：愛因斯坦模型與德拜模型，非簡諧效應，熱膨脹第六章：自由電子理論的物理模型，費米狄拉克統(tǒng)計規(guī)律，自由電子的狀態(tài)密度，自由電子在基態(tài)下的性質(zhì)，自由電子氣體的熱學性質(zhì)，金屬電導率與熱導率。 第七章：布洛赫定理，周期性勢場中的電子波動方程，弱周期性勢場中電子的行為，能隙的產(chǎn)生，能帶的構(gòu)圖方法，從能帶理論理解金屬與絕緣體第八章： 準經(jīng)典近似，布洛赫電子在外加電磁場中的運動規(guī)律，空穴，電子和空穴在恒定電場下的準經(jīng)典運動，有效質(zhì)量，回旋共振，本征載流子濃度。第九章：費米面，費米面構(gòu)圖法，緊束縛近似，磁場中的軌道量子化，德哈斯-范阿爾芬效應。【重點掌握】：晶體空間對稱性的描述方法，基本的晶體結(jié)構(gòu)，倒格子與倒格子矢量，布拉格定理與勞埃衍射條件，布里淵區(qū)，晶體結(jié)合的基本形式，格波與聲子，描述晶體熱容的兩種模型：愛因斯坦模型與德拜模型，自由電子理論的物理模型，布洛赫定理，周期性勢場中的電子波動方程，有效質(zhì)量，緊束縛近似?！菊莆铡浚壕嬷笖?shù)，布喇菲點陣類型，對稱操作，內(nèi)聚能，范德瓦爾斯相互作用，離子晶體的馬德隆能，第一布里淵區(qū)，聲學支與光學支，費米面，費米面構(gòu)圖法，緊束縛近似，磁場中的軌道量子化，德哈斯-范阿爾芬效應，準經(jīng)典近似，布洛赫電子在外加電磁場中的運動規(guī)律，空穴，電子和空穴在恒定電場下的準經(jīng)典運動?！玖私狻浚?非簡諧效應，熱膨脹，回旋共振，電子和空穴在恒