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1、固體物理導(dǎo)論緒論第0章1藍郁暨南大學(xué)物理學(xué)系理工樓307電話：85224386-307E-mail：tyulan@jnu.edu.cn2物理（Physics）源于希臘文“自然”稱為自然哲學(xué)(NaturePhilosophy)十九世紀經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展已很完整3近代物理學(xué)兩大基石:量子力學(xué)及相對論20世紀以后發(fā)展的物理稱為近代物理1900年普朗克（德國人）提出量子論，經(jīng)20多年發(fā)展成量子力學(xué)1905年愛因斯坦提出狹義相對論4研究對象基本粒子物理(elementaryparticlephysics)原子核物理(nuclearphysics)原子分子物理(atomicandmolecularphy
2、sics)凝聚態(tài)物理(condensedmatterphysics)表面物理(surfacephysics)等離子體物理(plasmaphysics)近代物理以研究對象作為分類依據(jù)5凝聚態(tài)物理的研究對象除晶體、非晶體與準晶體等固相物質(zhì)外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。6固體物理研究對象晶體、非晶體與準晶體等固相物質(zhì)7幾百萬年前的石器時代，或者幾萬年前人類開始冶煉金屬、制造農(nóng)具和刀箭的時代。通過煉金術(shù)，人們了解了一些材料的顏色、硬度、熔化等性質(zhì)，并用之于繪畫、裝飾等，但這只能說人們學(xué)會了使用固體。8理想晶體
3、中原子排列是十分規(guī)則的，主要體現(xiàn)是原子排列具有周期性，或者稱為是長程有序的。何為晶體，非晶體？910非晶體則不具有長程有序的性質(zhì)，但是在非晶體中原子排列也不是雜亂無章、完全無序的，仍然保留有原子排列的短程序。11晶體---單晶體：水晶、巖鹽、金剛石---多晶體：金屬、陶瓷非晶體：高分子材料，橡膠，塑料，松香，石蠟121984年，實驗發(fā)現(xiàn)一類和晶體、非晶體都不相同的固體，在這類固體中發(fā)現(xiàn)了已經(jīng)證明在晶體中不可能存在的五重對稱軸，使人們想到介于晶體和非晶體之間的固體，稱為準晶體13近代物理發(fā)展史1.1803年，道爾頓近代原子論：萬物由幾十種原子組成。1803年10月，在曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會
4、的一次活動中，道爾頓第一次講述了他的原子論。他的基本觀點可歸納為三點:14(1)元素是由非常微小、不可再分的微粒——原子組成，原子在一切化學(xué)變化中不可再分，并保持自己的獨特性質(zhì)。(2)同一元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同。不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是的基本特征之一。(3)不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。15第一次把純屬臆測的原子概念變成一種具有一定質(zhì)量的、可以由實驗來測定的物質(zhì)實體。162.19世紀60年代，門捷列夫—元素周期表3.19世紀末，發(fā)現(xiàn)電子、α粒子、放射性、X射線、γ射線，證明原子不是物質(zhì)構(gòu)成的最小單元。174.20世紀初，盧瑟夫建立原子結(jié)構(gòu)的行星模
5、型，探討原子結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典物理學(xué)的矛盾，導(dǎo)致量子力學(xué)誕生。產(chǎn)生了原子、分子物理、凝聚態(tài)物理、原子核物理。18一、固體物理的研究對象固體按結(jié)構(gòu)分為：晶體、非晶體、準晶體固體物理研究首先選擇晶體作為研究對象來研究固體電子和原子的運動規(guī)律，在此基礎(chǔ)上才開始研究非晶體。19固體物理學(xué)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)的粒子的運動形態(tài)及其相互關(guān)系的科學(xué)。與普通物理不同，它的重點不在于描述固體的宏觀物理性質(zhì)，而是去闡明和理解固體的宏觀性質(zhì)。解釋形成這些性質(zhì)的原因，從而找出控制、利用、改善這些性質(zhì)的方法。20研究對象：固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、分子、電子等）之間相互作用與運動規(guī)律，
6、以闡明其性能和用途。固體物理是固體材料和器件的基礎(chǔ)學(xué)科，是新材料、新器件的生長點。21固體物理研究的不是單個原子的性質(zhì)，而是大量原子組成在一起形成固體后所表現(xiàn)出來的集體性質(zhì)。固體是由大量原子和分子組成的。“Moreisdifferent”----P.W.Anderson固體的性質(zhì)雖然也和組成固體的原子、分子種類有關(guān)，但更主要的是和這些原子采用什么方式結(jié)合在一起，他們的空間排列方式、相互作用力類型，特別是和原子形成固體后其價電子的運動狀態(tài)有關(guān)。22例如：性質(zhì)完全不同的無定形碳、石墨和金剛石都是由相同的碳原子組成的，是碳原子空間排列和結(jié)合方式的差異帶來了其物理性質(zhì)的極端不同。因此只有通過對固
7、體微觀結(jié)構(gòu)和組成固體微觀粒子之間的相互作用及運動機制的研究才能理解固體的性質(zhì)。巴丁(J.Bardeen)說：固體物理學(xué)依據(jù)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)來了解固體的各種性質(zhì)。23固體物理的研究首先是從晶體開始的：在自然界的礦物中，晶態(tài)物質(zhì)占到98％以上，人類最早研究和使用的材料也大都是晶態(tài)物質(zhì)，是各類晶態(tài)物質(zhì)特有的性質(zhì)引起了研究興趣和開發(fā)利用。2.晶態(tài)物質(zhì)原子排列的周期性使的固體理論得以順利進行，如今已經(jīng)成熟并獲得巨大成功的固體理論只是建
