《固體物理基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《固體物理基礎(chǔ)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱固體物理基礎(chǔ)FundamentalsofSolidStatePhysics課程編碼SCC620421020開課院部理學(xué)院課程團(tuán)隊固體物理基礎(chǔ)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時32講授32實驗0上機(jī)0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)光電信息科學(xué)與工程授課語言中文先修課程大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理（2-2）、量子力學(xué)課程簡介（限選）本課程為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)類選修課程，它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科，同時也是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生學(xué)習(xí)《激光原理》、《光電材料與器件》等各種光電子器件后續(xù)課程的基礎(chǔ)?！豆腆w物理學(xué)基礎(chǔ)》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(yùn)動形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學(xué)。本課程的主要內(nèi)容包括固體的結(jié)構(gòu)及組成粒子(原子、離子、電子等)之間的相互作用與運(yùn)動規(guī)律，闡明固體的性能和用途，其中以固態(tài)電子論和固體的能帶理論為主要內(nèi)容。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)的基本描述，固體電子論和能帶理論，以及實際晶體中的缺陷、雜質(zhì)、表面和界面對材料性質(zhì)的影響等，掌握具有周期性結(jié)構(gòu)固體材料的常規(guī)性質(zhì)和研究方法，樹立微觀世界的新觀念，掌握處理微觀世界物理問題方法，并能將相關(guān)的理論和方法運(yùn)用到光電領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決中、為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程或從事科研工作奠定基礎(chǔ)。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatesmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineering.Itisabranchsubjectwithrichcontentandwideapplicationinphysics.ItisalsothebasisforundergraduatestudentsmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineeringtolearntheprinciplesoflaser,optoelectronicmaterialsanddevicesandotherfollow-upcoursesofoptoelectronicdevices.Fundamentalsofsolidstatephysicsisasciencethatstudiesthephysicalproperties,microstructures,movementformsofvariousparticlesthatmakeupasubstance,andtheirinterrelationships.Itsmaincontentistostudythestructureofsolidandtheinteractionandmotionlawsbetweenconstituentparticles(atoms,ions,electrons,etc.)andtheperformanceanduseofsolid.Themaincontentofthiscourseisthetheoryofsolidelectronsandthetheoryofenergybandofsolid.Thegoalofthecourseistoenablestudentstograspthebasicdescriptionofcrystalstructure,solidelectrontheoryandenergybandtheory,aswellastheinfluenceofdefects,impurities,surfacesandinterfacesinactualcrystalsonthepropertiesofmaterials,mastertheconventionalpropertiesandresearchmethodsofsolidmaterialswithperiodicstructure,establishanewconceptofthemicroworldandmasterthemethodsofdealingwithphysicalproblemsinthemicroworld,andbeabletoapplyrelevanttheoriesandmethodstothesolutionofcomplexengineeringproblemsinthefieldofoptoelectronics.Tolaythegroundworkforfurtherstudyofotherspecializedcoursesorinscientificresearch.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：能夠理解并掌握固體物理基本概念、基本原理和計算方法。是1.32M2目標(biāo)2：能夠運(yùn)用固體物理基本理論研究并解決光電領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題。是2.32.33M3目標(biāo)3：能夠關(guān)注固體物理學(xué)領(lǐng)域前沿的研究動態(tài)，具有終身學(xué)習(xí)的能力。是12.212.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章晶體的結(jié)構(gòu)重點：空間點陣和布拉菲格子的概念、密堆積和配位數(shù)的概念、倒格子的概念。難點：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。/////21.11.1晶體的周期性原胞、晶向、晶面。M12講授2線上學(xué)習(xí)教學(xué)大綱31.21.2倒格子倒格子的性質(zhì)、倒格子的物理意義。M12講授2作業(yè)41.31.3晶體的對稱性晶系、布拉菲格子。M12講授2作業(yè)51.41.4晶體表面的幾何結(jié)構(gòu)二維晶格的晶系、二維布拉菲格子。M1,M32講授2作業(yè)6第二章固體的結(jié)合重點：離子結(jié)合，范德瓦耳斯結(jié)合，共價結(jié)合，內(nèi)聚能與晶體的力學(xué)熱學(xué)性質(zhì)。難點：離子晶體的幾何結(jié)構(gòu)，離子晶體的內(nèi)聚能/////72.12.1離子性結(jié)合離子鍵、離子晶體、結(jié)合能。M11講授1作業(yè)82.22.2共價性結(jié)合共價鍵、軌道雜化。M11講授1作業(yè)92.32.3金屬性結(jié)合金屬鍵、電子共有化。M11講授1作業(yè)102.42.4范德爾瓦斯結(jié)合電偶極矩感應(yīng)、范德爾瓦斯鍵。M11講授1作業(yè)112.52.5元素和化合物晶體結(jié)合的規(guī)律性電負(fù)性、電子親和能、金屬晶體、離子晶體、范德爾瓦斯晶體、化合物晶體。M2,M32講授2專題報告12第三章晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)重點：一維單原子鏈，一維雙原子鏈的振動，格波的量子理論，愛因斯坦模型，德拜模型。難點：格波的量子理論，格波的模式數(shù)/////133.13.1簡諧近似和簡正坐標(biāo)簡正坐標(biāo)、簡正振動。M11講授1作業(yè)143.23.2一維單原子鏈單原子鏈、玻恩-卡曼邊界條件、格波。M21講授1作業(yè)153.33.3一維雙原子鏈聲學(xué)波和光學(xué)波聲學(xué)波、光學(xué)波。M32講授2作業(yè)163.43.4離子晶體的光頻模與電磁波耦合黃昆方程、電磁耦合磁量子、極化激元。M12講授2作業(yè)173.53.5晶格比熱晶格的比熱容、愛因斯坦模型、德拜模型。M11講授1作業(yè)18第四章晶體中的缺陷重點：肖特基缺陷，刃型位錯，弗侖克爾缺陷，擴(kuò)散系數(shù)。難點：缺陷統(tǒng)計理論，缺陷對晶體宏觀性質(zhì)的影響。/////194.14.1點缺陷本征缺陷、雜質(zhì)缺陷。M11講授1作業(yè)204.24.2晶體中的原子擴(kuò)散擴(kuò)散的宏觀規(guī)律、擴(kuò)散的微觀機(jī)制。M11講授1作業(yè)214.34.3離子晶體的導(dǎo)電性離子晶體點缺陷、離子晶體導(dǎo)電性、色心。M11講授1作業(yè)224.44.4位錯刃位錯、螺位錯。M10.5講授0.5作業(yè)234.54.5面缺陷晶界、晶界能、堆積層錯。M1,M30.5講授0.5作業(yè)24第五章能帶理論重點：固體中電子的共有化運(yùn)動，Bloch定理的特點、證明及其推論，近自由電子近似微擾論，費(fèi)密統(tǒng)計分布與費(fèi)米能級，能態(tài)密度。難點：動量空間的薛定鍔方程，微擾論；布里淵區(qū)中的等能面。/////255.15.1布洛赫定理布里淵區(qū)，布洛赫定理。M11講授1作業(yè)265.25.2準(zhǔn)自由電子近似微擾理論、能帶、帶隙。M1,M22講授2作業(yè)275.35.3緊束縛近似緊束縛模型、原子能級與能帶對應(yīng)規(guī)律。M22講授2作業(yè)285.45.4無序系統(tǒng)中的電子狀態(tài)無序系統(tǒng)、電子擴(kuò)展態(tài)和定域態(tài)。M11講授1作業(yè)295.55.5導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶模型滿帶、導(dǎo)帶、近滿帶、金屬和絕緣體的轉(zhuǎn)變。M1,M31講授1專題報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置3~6道題目，平均每次課2道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨(dú)立完成評分。3.考核學(xué)生對固體物理學(xué)基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計算題。20%2專題報告1.本課程要要求學(xué)生根據(jù)固體物理領(lǐng)域中的某種理論或方法的在光電材料與器件設(shè)計制作方面的應(yīng)用進(jìn)行探討或者瞄準(zhǔn)固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展撰寫文獻(xiàn)報告。2.主要培養(yǎng)學(xué)生利用掌握的理論或方法解決光電領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，以及關(guān)注科技發(fā)展前沿動態(tài)進(jìn)行終身學(xué)習(xí)的能力。20%3隨堂測試測試學(xué)生對課堂講授知識的預(yù)習(xí)和掌握情況。20%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對固體物理學(xué)基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、選擇題、簡答題、分析題、計算題、論述題等。40%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%A:獨(dú)立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B:獨(dú)立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C:獨(dú)立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D:作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。2M1隨堂測試30%由雨課堂每次課測驗的成績累積。3M1期末考試50%根據(jù)試卷標(biāo)準(zhǔn)答案和評分標(biāo)準(zhǔn)評定。4M2平時作業(yè)30%A:獨(dú)立思考、按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B:獨(dú)立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C:獨(dú)立思考、按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D:作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。5M2隨堂測試30%由雨課堂每次課測驗的成績累積。6M2期末考試40%根據(jù)試卷標(biāo)準(zhǔn)答案和評分標(biāo)準(zhǔn)評定。7M3專題報告70%A:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計，相關(guān)描述完善、邏輯性較強(qiáng)，對相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動態(tài)有豐富的了解和闡述，論文撰寫結(jié)構(gòu)合理。B:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計，但是相關(guān)描述不夠完美，對相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動態(tài)有較多的了解，論文撰寫結(jié)構(gòu)合理，缺乏最新參考文獻(xiàn)。C:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行討論或設(shè)計，但是相關(guān)描述粗糙，對相關(guān)領(lǐng)域的前沿發(fā)展動態(tài)有較少的了解，論文撰寫邏輯性不強(qiáng)，參考文獻(xiàn)較少。D:能根據(jù)所學(xué)理論和方法對固體物理領(lǐng)域中的新進(jìn)展進(jìn)行簡單的討論或設(shè)計，但是相關(guān)闡述不精確或者所采用的方法不當(dāng)，對相關(guān)研究對象的發(fā)展動態(tài)不了解。論文字?jǐn)?shù)不足，格