《固体物理导论》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。本书主要围绕固体的微观结构，微观粒子的存在状态、相互作用及运动变化规律，固体的宏观物理性质及用途展开，蕴含了近似、假设、抽象、简化等研究方法，渗透了晶体结构决定性质、性质体现结构的辩证观点。教材绪论部分介绍了固体物理学的研究对象、发展历史及其涵盖的内容，并补充了量子力学的基本知识作为铺垫。其后包含6章内容，前3章均围绕固体内部原子的相互作用和运动变化规律展开，如晶体的结构及表征、晶体的结合类型及键合性质、晶格振动理论及热学性质。第4章和第5章围绕电子的相互作用和运动变化规律展开，包括金属自由电子气体模型及考虑晶体周期性势场时电子的能带理论。第6章介绍理想晶体中的缺陷结构及理论。本书内容体系完整，便于学生建立起晶体内原子、电子、声子等微观粒子存在状态、运动变化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。
本书适用于材料类各专业和物理学、应用物理学、工程物理、光学等专业的本科生和研究生，对需要固体物理背景知识的其他专业亦可作为教材使用。
马飞，西安交通大学材料学院教授，博士生导师，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，陕西省科技创新团队负责人，陕西省杰出青年基金获得者。现任西安交通大学材料学院副院长，兼任陕西省纳米学会理事长等职务。长期工作在教学科研第*一线，已培养研究生50余名，获西安交通大学教师授课竞赛一等奖1项，获西安交通大学“研究生教育优秀导师”、“优秀共产党员”等称号。指导本科生获第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖1项，获第三十一届“腾飞杯”创新创业大赛一等奖1项；指导学生获校级硕士研究生优秀学位论文1篇和校级优秀本科毕业设计2人次。主持国家自然科学基金等重要项目20余项，发表论文250余篇，授权发明专利15件。获省部级科学技术奖4项，获第十二届陕西省青年科技奖。
绪论
0.1固体物理学的研究对象 001
0.2固体物理学的发展历史 002
0.2.1晶体学的研究 002
0.2.2固体比热理论的建立 003
0.2.3晶体结构的实验发展 003
0.2.4自由电子理论的建立 003
0.2.5固体能带理论的建立 003
0.2.6固体磁学的发展 004
0.3固体物理学的研究内容 004
0.3.1固体中原子的排列——结构问题 004
0.3.2固体结构的形成——结合力问题 005
0.3.3固体中原子的相互作用和运动规律——晶格动力学 005
0.3.4固体中自由电子的运动规律——金属自由电子理论 006
0.3.5固体中电子的相互作用和运动规律——能带理论 006
0.3.6固体中缺陷的形成与性质——缺陷问题 006
0.3.7具体实例——固体理论和实验知识的应用 007
0.4预备知识——量子力学基础 007
0.4.1经典物理学的困难以及光的波粒二象性 007
0.4.2微粒的波粒二象性 009
0.4.3波函数及薛定谔方程 009
第1章晶体结构及X射线衍射
1.1晶体的特征以及空间点阵 012
1.1.1晶体及其特征 012
1.1.2空间点阵 013
1.2晶体的周期性 014
1.2.1一维布拉菲晶格 014
1.2.2一维复式晶格 014
1.2.3三维布拉菲晶格 015
1.3晶体晶列与晶面的表示方法 019
1.3.1晶列与晶面 019
1.3.2晶向指数和晶面指数 019
1.4倒易空间和倒格子 022
1.4.1倒格子与晶格的关系 023
1.4.2倒格矢 025
1.4.3倒格子的性质 026
1.5晶体的对称性 028
1.5.1线性变换 028
1.5.2基本的对称操作 029
1.6晶系和布拉菲原胞的分类 032
1.7晶体的衍射 033
1.7.1概述 033
1.7.2X射线衍射 034
1.7.3电子衍射和中子衍射 034
1.8X射线衍射方程、反射公式和反射球 035
1.8.1X射线衍射方程 035
1.8.2反射公式 036
1.8.3反射球 037
1.8.4晶体衍射方法 037
1.9几何结构因子 039
1.9.1复式晶格的衍射 039
1.9.2几何结构因子 040
习题 042
【拓展阅读】 043
奥古斯特·布拉菲（Auguste Bravais,1811—1863） 043
威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Rntgen,1845—1923） 044
威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg,1862—1942） 044
威廉·劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg,1890—1971） 044
第2章晶体的结构
2.1原子的电负性 046
2.1.1原子的电子分布 046
2.1.2原子的电离能 047
2.1.3电子亲和能 047
2.1.4原子的电负性 047
2.2晶体的结合类型 048
2.2.1离子晶体 049
2.2.2原子晶体（共价晶体） 049
2.2.3金属晶体 050
2.2.4分子晶体 051
2.2.5氢键晶体 051
2.3结合力的一般性质 052
2.3.1晶体内粒子之间的相互作用 052
2.3.2晶体的势能 053
2.3.3晶体结构及性能与结合能的关系 054
2.4非极性分子晶体的结合能 055
2.4.1非极性分子晶体的原子间作用势 055
2.4.2非极性分子晶体的势能及有关参量 057
2.5离子晶体的结合 059
2.5.1离子晶体的结合能及性质 059
2.5.2马德隆常数的计算 061
2.5.3离子半径 061
2.6原子晶体的结合 063
2.6.1共价键的形成机理 063
2.6.2共价键的特征 063
习题 064
【拓展阅读】 065
莱纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling,1901—1994） 065
沃尔夫冈·泡利(Wolfgang E.Pauli,1900—1958) 065
第3章晶格振动和晶体的热学性质
3.1一维原子链的振动 067
3.1.1一维简单晶格的情形 067
3.1.2一维复式晶格的情形 069
3.1.3声学波和光学波的色散关系 070
3.1.4周期性边界条件（玻恩-卡门边界条件） 073
3.2晶格振动的能量量子化——声子 074
3.2.1晶格振动模式及声子的概念 074
3.2.2声子的性质 074
3.2.3声子的动量 075
3.2.4声子与微观粒子的相互作用 075
3.3晶格振动的长波近似 076
3.3.1长声学波 076
3.3.2长光学波 078
3.4固体的比热 081
3.4.1经典热容理论 081
3.4.2热容的量子理论 082
3.4.3模式密度（态密度）的求法 083
3.4.4爱因斯坦模型 084
3.4.5德拜模型 085
3.5晶格振动声子谱的实验测定 088
3.5.1光子与声子的相互作用 088
3.5.2中子与声子的相互作用 089
3.6晶格振动的非简谐效应 090
3.6.1非简谐效应及其本质 090
3.6.2热传导与非简谐效应 091
3.6.3热膨胀与非简谐效应 092
习题 093
【拓展阅读】 094
马克斯·玻恩（Max Born,1882—1970） 094
黄昆(1919—2005) 095
第4章金属自由电子费米气体
4.1金属自由电子的物理模型 096
4.1.1经典金属自由电子论及其局限性 096
4.1.2金属自由电子费米气体模型 098
4.2金属自由电子气体的费米参数 099
4.2.1一维自由电子费米气体 099
4.2.2三维自由电子费米气体 101
4.3金属自由电子气体的热学性质 104
4.3.1电子能态密度 104
4.3.2电子气体热容的定性解释 105
4.3.3电子气体热容的定量解释 106
4.3.4金属的实验热容 107
4.4电导率和欧姆定律 107
4.4.1基本理论 107
4.4.2散射机制与电阻率 109
4.5功函数和接触势差 109
4.5.1功函数的产生 109
4.5.2金属间的接触势差 110
习题 111
【拓展阅读】 112
亨德里克·安东·洛伦兹（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928） 112
阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld,1868—1951） 112
第5章固体电子能理论
5.1近自由电子气体模型和能隙的起源 114
5.2布里渊区与电子能带结构 116
5.2.1二维简单正方晶格的布里渊区 116
5.2.2布里渊区与能带结构的关系 117
5.2.3立方晶格的第一布里渊区 118
5.2.4三维晶体的能带结构图 119
5.3布洛赫定理 121
5.4克龙尼克-潘纳模型 122
5.5紧束缚近似——原子轨道线性组合法 124
5.5.1紧束缚近似模型与微扰理论计算 124
5.5.2周期场中电子运动的本征态和本征能量 126
5.5.3紧束缚近似计算的两个简单例子 127
5.6晶体中电子的准经典运动 129
5.6.1波包和电子速度 129
5.6.2外力作用下电子状态的变化和准动量 130
5.6.3电子的加速度和有效质量 130
5.7恒定电场作用下电子的运动 132
5.7.1电子运动速度和有效质量 132
5.7.2恒定电场作用下电子的运动特性 133
5.8导体、绝缘体和半导体的能带论解释 133
5.8.1满带电子不导电 134
5.8.2导体和非导体的模型 134
5.8.3空穴 135
习题 136
【拓展阅读】 137
布洛赫（Felix Bloch, 1905—1983） 137
莱昂·布里渊（Léon Nicolas Brillouin,1889—1969） 137
第6章晶体的缺陷理论
6.1晶体缺陷的基本类型 138
6.1.1点缺陷 138
6.1.2线缺陷 140
6.1.3柏氏矢量 142
6.1.4面缺陷和体缺陷 143
6.2点缺陷的性质 146
6.2.1缺陷运动与统计平衡 146
6.2.2缺陷的扩散 148
6.2.3离子晶体中的点缺陷扩散 152
6.3局域态 154
6.3.1局域振动 154
6.3.2色心 155
6.3.3杂质能级 157
习题 159
【拓展阅读】 160
华特·肖特基（Walter Hermann Schottky,1886—1976） 160
冯端（1923—2020） 161
参考文献
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