一、课程性质和目的

性质：基础理论

目的：培养学生固体物理学的基本概念、基本理论和基本研究方法；培养学生基于物理学基础知识分析问题和解决问题的能力；培养学生建立起材料各种宏观性能与内部原子、电子等微观粒子运动变化过程的关联性；培养学生了解固体物理领域研究的新进展；为后续专业学习和从事相关领域的研究工作打下坚实的基础。

二、课程内容简介

该课程是材料学、材料物理学等专业的基础课程。通过对该课程的学习，使学生建立起晶体内原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系。该课程包含的主要内容有：晶体结构及其测定的X射线衍射方法；晶体中原子间的结合力和晶体的结合类型；晶格的热振动及热容、热导理论；金属自由电子理论；固体中电子的能带理论。

三、教学基本要求

1.了解材料学研究的前沿科学问题

2.对量子力学基本原理非常清楚

3.具备较强的高等数学推理能力

四、教学内容及安排

第一章：晶体结构及X射线衍射

1.1固体物理的研究对象及研究内容

1.2晶体的空间点阵 原胞 晶胞

1.3晶体的周期性

1.4晶向和晶面的表示方法

1.5倒格子空间及其与正格子空间的关联性

1.6晶体的对称性及对称操作

1.7晶体结构表征的X射线衍射方法

1.8晶格结构的几何结构因子

第二章：晶体的结合及晶体类型

2.1晶体的结合类型

2.2晶体结合力的一般性质及晶格参量

2.3非极性分子晶体结合能的物理本质

2.4离子晶体的结合及马德隆常数

2.5原子晶体结合的方向性和饱和性

第三章：晶体振动和晶体的热学性质

3.1一维晶格振动及原子运动方程

3.2声学波和光学波的色散关系

3.3声子的基本性质

3.4模式密度及固体比热的声子模型

3.5晶格振动非简谐效应

3.6晶格振动谱测定的基本方法

第四章：金属自由电子费米气体

4.1金属自由电子的物理模型

4.2自由电子费米参数的计算

4.3自由电子气体的能态密度

4.4自由电子气体的热容

4.5费米球及电导和欧姆定律

第五章：固体电子能带理论

5.1布洛赫定理及近自由电子模型

5.2布里渊区和能带的产生

5.3电子能带的紧束缚近似计算

5.4晶体中电子的准经典运动规律

5.5恒定电场中电子的运动及电子有效质量

5.6导体、绝缘体和半导体