《固體物理基礎》是教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材。本書系統(tǒng)介紹了材料的晶體結構、晶格振動和聲子、金屬自由電子氣模型、能帶理論、電子在電場和磁場中的運動、半導體電子論、材料的光學性質、材料的磁學性質等內容，涵蓋固體材料的電、磁、光、熱等物理性能的基本原理，重點講述如何通過能帶結構理解材料的物理性能。
本書注重物理概念的講解，以及如何通過這些基本概念理解固體材料的不同物理性能及其調控。書中減少對公式的推導，增加圖表和實例講解，同時大量引入了前沿材料新穎的晶體結構和能帶結構表征手段，將理論知識與前沿科學研究緊密聯(lián)系，幫助學生通過實例更深入地學習抽象的理論知識�？紤]到材料類專業(yè)學生的培養(yǎng)計劃，書中刪減了與其他專業(yè)課重復的知識點，如晶體缺陷對材料物性的影響、晶體化學鍵等內容。
本書是高等學校材料類相關專業(yè)本科、研究生的教材，也可供從事材料研究的科研人員參考。
潘安練，湖南大學，院長、教授，2006年在中國科學院物理研究所獲博士學位，隨后赴德國馬普微結構物理所從事洪堡學者訪問研究，2007年底加盟美國亞利桑那州立大學電子工程系從事博士后研究并取得助理研究教授，2010年初受聘湖南省“芙蓉學者”特聘教授全職加盟湖南大學工作。
主要從事新型半導體材料和集成光電子技術研究，力求解決新一代信息通信領域的核心元器件和光子芯片技術。他在Science, Nature Nanotechnology，Nature Materials等國際期刊上發(fā)表了200余篇研究論文，多項研發(fā)成果已在國際上產生了重要學術影響，曾以第@一完成人兩次獲得湖南省自然科學一等獎，并于2019年獲國家自然科學二等獎。
第1章晶體結構
1.1晶體結構的周期性/1
1.1.1晶體的周期性結構/1
1.1.2晶體的分類/4
1.1.3晶體中的原子堆積/6
1.2晶向和晶面/8
1.2.1晶向/8
1.2.2晶面/8
1.3晶體的宏觀對稱性/9
1.3.1宏觀對稱元素/9
1.3.2點群/12
1.3.3等價晶向和等價晶面/16
1.4晶體的微觀對稱性/17
1.4.1微觀對稱操作/17
1.4.2空間群/19
1.5倒格子/20
1.6布里淵區(qū)/22
習題/24
第2章晶格振動和聲子
2.1晶格振動/26
2.1.1單原子晶格振動/26
2.1.2雙原子晶格振動/30
2.1.3復式晶格的振動/32
2.2聲子/32
2.2.1聲子的能量和動量/32
2.2.2晶格振動譜的實驗測量/34
2.2.3聲子氣體與晶格比熱/36
2.2.4晶格比熱的逆問題/42
習題/43
第3章金屬自由電子氣模型
3.1模型及基態(tài)性質/44
3.1.1單電子本征態(tài)和本征能量/44
3.1.2基態(tài)和基態(tài)的能量/46
3.2自由電子氣的熱性質/47
3.2.1有限溫度下的能量分布/47
3.2.2電子氣的比熱容/47
3.3自由電子氣的泡利順磁性/49
3.4金屬的電導過程/51
3.4.1歐姆定律和電導率/51
3.4.2金屬電阻率的實驗結果/53
3.5自由電子氣的霍爾效應/54
3.5.1霍爾效應的原理/54
3.5.2應用和發(fā)展/55
3.6自由電子氣的光學性質/56
3.6.1交流電導率/56
3.6.2電子氣的介電常數(shù)/57
3.6.3金屬的光學性質/58
3.7等離激元及應用/61
3.7.1等離子體振蕩和等離激元/61
3.7.2等離激元應用/62
3.8金屬的熱電子發(fā)射和接觸電勢/63
3.8.1功函數(shù)/63
3.8.2熱電子發(fā)射/64
3.8.3接觸電勢/65
3.8.4應用：熱離子轉換器/66
習題/68
第4章能帶理論
4.1布洛赫定理/69
4.1.1單電子近似/70
4.1.2布洛赫定理/70
4.1.3能帶及其圖示/73
4.2近自由電子近似/73
4.2.1一維周期勢作為微擾/74
4.2.2能隙/76
4.3緊束縛模型/78
4.3.1原子軌道線性組合/78
4.3.2瓦尼爾函數(shù)/82
4.4費米面與態(tài)密度/83
4.4.1布里淵區(qū)中的費米面/83
4.4.2態(tài)密度/84
4.5能帶特征與導電性/85
4.5.1絕緣體、導體和半導體的區(qū)別/85
4.5.2幾種常見材料的能帶及屬性/87
4.6第一性原理計算方法/88
4.6.1密度泛函理論/89
4.6.2霍恩伯格-科恩定理/90
4.6.3科恩-沈呂九方程/90
4.7緊束縛近似計算方法/91
4.8角分辨光電子能譜/94
4.8.1角分辨光電子能譜的實驗原理/94
4.8.2角分辨光電子能譜的應用/96
4.9掃描隧道顯微鏡技術/97
4.9.1量子隧穿效應/98
4.9.2掃描隧道譜的原理/99
4.9.3系統(tǒng)構造/100
4.9.4掃描隧道顯微鏡的應用/102
習題/102
第5章電子在電場和磁場中的運動
5.1電子的準經典運動模型/104
5.1.1準經典近似/104
5.1.2波包與電子平均速度/105
5.1.3電子在外場作用下的狀態(tài)與有效質量/106
5.2靜態(tài)電場下的電子運動/108
5.3材料導電性能的能帶論解釋/109
5.4靜態(tài)磁場下的電子運動/111
5.5回旋共振/114
5.6德哈斯-范阿爾芬效應/114
習題/116
第6章半導體電子論
6.1半導體的基本能帶結構/118
6.2半導體中的雜質/120
6.2.1Ⅳ族半導體中的雜質與缺陷/120
6.2.2Ⅲ-Ⅴ族半導體中的雜質與缺陷/123
6.3半導體中載流子的統(tǒng)計分布/124
6.3.1電子和空穴數(shù)密度/124
6.3.2本征載流子濃度/129
6.3.3雜質半導體中的電子分布/131
6.4半導體的電導率/133
6.5非平衡載流子/135
6.5.1非平衡載流子的產生/135
6.5.2非平衡載流子復合和壽命/136
6.5.3準費米能級/137
6.5.4載流子的復合方式/138
6.5.5載流子的擴散和漂移/139
6.6P-N結/140
6.7金屬-氧化物-半導體結構/144
6.7.1表面勢/144
6.7.2金屬-氧化物-半導體場效應晶體管/145
6.8異質結/147
6.8.1異質結的能帶圖/147
6.8.2半導體異質P-N結的電流電壓特性及注入特性/148
6.8.3半導體應變異質結/150
6.8.4半導體超晶格/151
習題/153
第7章固體材料的光學性質
7.1光學參數(shù)/154
7.1.1吸收系數(shù)/154
7.1.2介電常數(shù)與電導率/155
7.1.3折射率和消光系數(shù)的Kramers-Kronig變換/156
7.2固體的光吸收過程/157
7.2.1帶間躍遷和本征光吸收/157
7.2.2激子吸收/160
7.3固體的光發(fā)射過程/163
7.3.1光發(fā)射過程/163
7.3.2熒光壽命/165
7.4拉曼散射/166
7.5發(fā)光材料的應用/167
7.5.1激光/167
7.5.2光纖/170
習題/173
第8章固體材料的磁學性質
8.1固體材料的磁化率/174
8.2順磁性與抗磁性/175
8.3鐵磁性與反鐵磁性/177
8.4磁共振技術與應用/180
8.4.1核磁共振/181
8.4.2電子順磁共振/183
習題/187
參考文獻
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