《固体物理学》课程教学大纲
（Solid State Physics）
课程编号： 163990180 学 分： 3.5
学 时： 56 （其中：讲课学时：56 实验学时：0 上机学时：0 ） 先修课程：无
后续课程：半导体物理学
适用专业：应用物理学、光信息科学与技术 开课部门：理学院
一、 课程教学目的和课程性质
本课程属于应用物理学专业必修课和光信息科学与技术专业选修课。本课程的任务是使学生树立起晶体内原子、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，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进一步学习和研究固体物理学各种专门问题及相关领域的内容建立初步的理论基础。此外，在教学过程中，还必须有意识地培养学生自学能力，分析与解决问题的能力。
二、课程的主要内容及基本要求
第1单元 晶体结构（12 学时） [知 识 点]
单晶、准晶、非晶、原胞、基矢、晶面、晶向、对称性和点阵的基本类型、简单晶体结构、倒易点阵、布里渊区、X射线衍射条件、基元的几何结构因子和原子形状因子。
[重 点]
单晶、准晶和非晶的原子排列；原胞和基矢的概念；晶面和晶向的表示；倒易点阵和布里渊区的概念。
[难 点]
典型晶体结构的原胞和晶胞的取法；倒格子矢量和布里渊区的求法。 [基本要求]
1、识 记：原胞、基矢、晶面、晶向、对称性和点阵的基本类型、倒易
点阵、布里渊区、基元的几何结构因子和原子形状因子;
2、领 会：单晶、准晶和非晶的原子排列的差别、X射线衍射条件; 3、简单应用：典型晶体结构的原胞和晶胞的取法; 4、综合应用：倒格子矢量和布里渊区的求法。 [考核要求]
1、理解单晶、准晶和非晶材料原子排列在结构上的差别；
2、掌握原胞、基矢的概念，清楚晶面和晶向的表示，了解对称性和点阵的基本类型；
3、了解简单的晶体结构；
4、掌握倒易点阵和布里渊区的概念，能够熟练地求出倒格子矢量和布里渊区；
5、了解X射线衍射条件、基元的几何结构因子及原子形状因子。 第2单元 固体的结合（4 学时） [知 识 点]
固体结合的基本形式、离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合。
[重 点]
离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合的概念。 [难 点]
离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合的作用力特点。 [基本要求]
1、识 记：固体结合的基本形式；
2、领 会：离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合的概念；
3、简单应用：离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合的作用力特点；常见晶体的结合力分析。
[考核要求]
1、了解固体结合的几种基本形式；
2、理解离子性结合、共价结合、金属性结合、范德瓦尔斯结合等概念。 第3单元 晶体中的缺陷和扩散（4 学时） [知 识 点]
线缺陷、面缺陷、点缺陷、扩散及微观机理、位错、离子晶体中的点缺陷、离子性导电。
[重 点]
线缺陷、面缺陷、点缺陷的概念及基本的缺陷类型。 [难 点]
位错的物理特性；离子性导电机理。 [基本要求]
1、识 记：线缺陷、面缺陷、点缺陷的概念；位错、离子晶体中的点缺陷、离子性导电。
2、领 会：扩散的微观机理；线缺陷、面缺陷、点缺陷的的类型；离子性导电机理。
3、简单应用：位错的物理特性。 [考核要求]
1、掌握线缺陷、面缺陷、点缺陷的概念和基本的缺陷类型； 2、了解扩散及微观机理； 3、了解位错的物理特性；
4、大致了解离子晶体中的点缺陷和离子性导电。 第4单元 晶格振动与晶体的热学性质（12 学时） [知 识 点]
一维链的振动、声学支、光学支、色散关系、格波、简正坐标、声子、声子振动态密度、长波近似、爱因斯坦模型、德拜模型、热膨胀、热传导、中子的非弹性散射。
[重 点]
单原子链和双原子链的振动、声学支、光学支、色散关系、固体热容的爱因斯坦模型和德拜模型。
[难 点]
单原子链和双原子链的振动的物理过程；爱因斯坦模型和德拜模型的物理过程
[基本要求]
1、识 记：声学支、光学支、色散关系、格波、声子、声子振动态密度、长波近似、热膨胀、热传导、中子的非弹性散射；
2、领 会：格波、简正坐标、声子、声子振动态密度、长波近似、中子的非弹性散射测声子能谱；
3、简单应用：一维链的振动色散关系、声子振动态密度、长波近似； 4、综合应用：单原子链和双原子链的振动特点、爱因斯坦模型和德拜模型的物理过程。
[考核要求]
1、熟练掌握并理解其物理过程，要求能灵活应用：一维链的振动（单原子链、双原子链）、声学支、光学支、色散关系；
2、清楚掌握格波、简正坐标、声子、声子振动态密度、长波近似等概念； 3、熟练掌握并理解其物理过程，要求能灵活应用：固体热容：爱因斯坦模型、德拜模型；
4、了解非简谐效应：热膨胀、热传导； 5、了解中子的非弹性散射测声子能谱。 第5单元 金属电子论（4 学时） [知 识 点]
金属自由电子的模型和基态性质、金属自由电子的热性质、电子在外加电磁场中的运动、漂移速度方程、霍耳效应。
[重 点]
金属自由电子的模型和基态性质；电子在外加电磁场中的运动。 [难 点]
金属自由电子的基态性质求法；电子在外加电磁场中的运动性质求法。 [基本要求]
1、识 记：金属自由电子的模型、漂移速度方程、霍耳效应。 2、领 会：金属自由电子的基态性质、金属自由电子的热性质、电子在外加电磁场中的运动。
3、简单应用：金属自由电子的基态性质。 4、综合应用：电子在外加电磁场中的运动。 [考核要求]
1、熟练掌握金属自由电子的模型和基态性质； 2、了解金属自由电子的热性质；
3、熟练掌握并理解其物理过程：电子在外加电磁场中的运动、漂移速度方
程、霍耳效应。
第6单元 能带理论（14 学时） [知 识 点]
布洛赫定理、近自由电子模型、紧束缚近似、费密面、能态密度、能带。 [重 点]
布洛赫定理、近自由电子模型、紧束缚近似、费密面。 [难 点]
近自由电子模型的物理过程、紧束缚近似的物理过程。 [基本要求]
1、识 记：费密面、能态密度、能带。
2、领 会：布洛赫定理、近自由电子模型、紧束缚近似。 3、简单应用：费密面的特点、能态密度。
4、综合应用：近自由电子模型的物理过程、紧束缚近似的物理过程。 [考核要求]
1、深刻理解布洛赫定理；
2、熟练掌握并理解其物理过程，要求能灵活应用：近自由电子模型； 3、熟练掌握并理解其物理过程，要求能灵活应用：紧束缚近似； 4、深刻理解费密面、能态密度和能带的特点。
第7单元 晶体中电子在电场和磁场中的运动（6 学时） [知 识 点]
恒定电场作用下电子的运动、金属、半导体和绝缘体的能带、空穴、恒定磁场中电子的运动、回旋共振、德·哈斯-范·阿尔芬效应。
[重 点]
恒定电场作用下电子的运动、恒定磁场中电子的运动、回旋共振、德·哈斯-范·阿尔芬效应。
[难 点]
恒定电场作用下电子的运动的物理过程、恒定磁场中电子的运动的物理过程
[基本要求]
1、识 记：空穴、回旋共振、德·哈斯-范·阿尔芬效应。
2、领 会：恒定电场作用下电子的运动；金属、半导体和绝缘体的能带；