固體物理黃昆pdf

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書名：固體物理學

作者：黃昆

豆瓣評分：8.4

出版社：高等教育出版社

出版年份：1998-11

頁數：597

內容簡介：

《固體物理學》是在黃昆教授原著《固體物理學》的基礎上改編而成的.原書概念准確、講解透徹，在改寫過程中力圖保持原書的特點.對固體物理學中的一些基礎部分：如晶體結構、晶格振動、固體能帶論.半導體電子論和固體磁性等部分在內容上都做了必要的補充，內容更加豐富；《固體物理學》反映了固體物理學領域的新進展，增加了超導物理、非晶態物理、表面物理、固體中的元激發和低維系統物理等固體物理新興領域中的基本概念。

《固體物理學》總結了黃昆教授和韓汝琦?授長期的教學經驗，《固體物理學》可作為高等學校固體物理課程的教材，也可供有關專業的科技人員參考。

『貳』 《固體物理學》 韓汝奇，黃昆 高等教育出版社 的基礎部分是那幾章

固體物理學

課程編號：30350153
課程名稱：固體物理學
英文名稱：Solid State Physics
學 分：3
先修課程：量子與統計
教 材：固體物理學，黃昆、韓汝奇

一、課程簡介：
本課程是材料科學與工程專業的物理類基礎課。本課程包括晶格結構、晶格振動與熱
性質、固體電子理論、半導體、固體磁性質、絕緣體、介電體等部分。本課程將系統介紹固體研究的基本理論與重要實驗方法，提示豐富多彩的固體形態（如金屬、絕緣體、磁性材料等）形成的基本物理規律，給出研究這些固體的實驗（如X光衍射、中子散射、磁散射等）設計的基本原理。

二、基本要求：
本課程要求學生首先能夠理解各種物理形態的形成機制以及相應的物理性質（如金屬導電性、不同元素的晶體結構、磁性質來源等），更重要的是讓學生了解固體物理理論與實驗不是一下子就能夠達到目前的高度，而是在失敗中不斷的深化，一步步的發展到現在，並越來越深入地了解固體的性質。從而培養學生的研究思維能力。

三、 內容提要：
第一章 緒論 1學時
1.1 固體物理的研究對象
1.2 固體物理課程簡介
第二章 化學鍵與晶體形成 2學時
2.1 共價晶體、離子晶體和金屬晶體
2.2 氫鍵固體和原子、分子晶體
第三章 晶體結構與缺陷 14學時
3.1 晶格幾何描述
3.2 晶格對稱性與分類
3.3 晶體實例
3.4 倒格矢與布里淵區
3.5 晶格結構測定
3.6 點缺陷、熱運動與離子導電
3.7 位錯
3.8 多晶體與晶粒間界
第四章 晶格振動 10學時
4.1 靜止晶格模型的失敗
4.2 晶格諧振理論
4.3 聲子色散關系
4.4 固體的熱性質
4.5 中子散射與聲子能譜的確定
第五章 固體電子理論 13學時
5.1 傳統電子導電理論
5.2 自由電子費米氣體
5.3 自由電子模型的失敗
5.4 周期場中的電子能級
5.5 能帶
5.6 准經典近似
5.7 金屬中的費米面
第六章 半導體 8學時
6.1 半導體的一般性質
6.2 電子或空穴的熱平衡
6.3 摻雜半導體
6.4 半導體器件
第七章 固體磁性 9學時
7.1 抗磁性與順磁性
7.2 鐵磁性與反鐵磁性
7.3 核磁共振與電子自旋共振
7.4 中子的磁性衍射實驗
第八章 絕緣體介電性 5學時
8.1 電介質的宏觀描述
8.2 介電系數及其測量
8.3 原子極化率
第九章 非晶固體 2學時
9.1 真實世界中的無序固體
9.2 非晶體的原子結構
9.3 非晶體的電性質與熱性質

四、 參考書：
1 基特耳著，萬紓民等譯，固體物理引論，人民教育出版社，1962
2 H.E.Hall，劉志遠等譯，固體物理學，高等教育出版社，1983
3 謝希德等，固體物理學，上海科學技術出版社，1961
4 顧秉林、王喜坤，固體物理學，清華大學出版社，1989
5 徐毓龍、閻西林，固體物理，西安電子科技大學出版社，1990
6 J.Richard Christman，Fundamentals of Solid State Physics
7 Ashcrsft、Mermin，Solid State Physics
8 Harald Ibach、Hans Luth，Solid-state Physics：An introction to theory and experiment

『叄』 求黃昆的資料

中科院院士
黃昆（1919.9.2－2005.7.6）固體物理、半導體物理學家。浙江嘉興人，生於北京。1941年畢業於燕京大學。1948年獲英國布里斯托黃昆
爾大學博士學位。1955年選聘為中國科學院院士（學部委員）。1980年當選為瑞典皇家科學院外籍院士。1985年當選為第三世界科學院院士。中國科學院半導體研究所研究員、名譽所長。是國際著名的中國物理學家、教育家、中國固體物理學先驅、中國半導體技術奠基人。 主要從事固體物理理論、半導體物理學等方面的研究並取得多項國際水平的成果，是中國半導體物理學研究的開創者之一。 50 年代與合作者首先提出多聲子的輻射和無輻射躍遷的量子理論即「黃-佩卡爾理論」；首先提出晶體中聲子與電磁波的耦合振動模式及有關的基本方程(被譽為黃方程)。40年代首次提出固體中雜質缺陷導致 X光漫散射的理論(被譽為黃散射)。證明了無輻射躍遷絕熱近似和靜態耦合理論的等價性，澄清了這方面的一些根本性問題。獲2001年度國家最高科學技術獎。
人物介紹
黃昆（1919年9月2日－2005年7月6日）。 國際著名的中國物理學家、教育家、中國固體物理學先驅、中國半導體技術奠基人。 黃昆1919年9月出生於北京，1941年畢業於燕京大學，1944年畢業於西南聯合大學的北京大學理科研究所，獲碩士學位，1947年在英國布里斯託大學獲得博士學位。 黃昆獲得博士學位後曾在英國愛丁堡大學物理系、利物浦大學理論物理系從事研究工作。 1951年，黃昆回到北京大學任物理系教授，1977年後任中國科學院半導體研究所所長直到退休。 黃昆早年在愛丁堡大學與著名物理學家、諾貝爾獎得主玻恩教授一起從事研究工作，合著了在固體物理學界享有聲譽的《晶格動力學》一書。1956年，黃昆在北京大學物理系任教授期間，參與創建了中國第一個半導體物理專業，為中國信息產業培養了第一批人材。在北京大學任教期間，黃昆還主持本科生教學體系的創建工作，並著有《固體物理學》教材，享有盛譽。 1977年後，在鄧小平的過問下，黃昆出任中國科學院半導體研究所所長。2001年，黃昆與其北大校友王選一同獲得了該年度國家最高科學技術獎。 2005年7月6日，16時18分，黃昆在北京逝世，享年86歲。 黃昆的主要榮譽包括1955年中國科學院第一批學部委員（今中國科學院院士）、2001年國家最高科學技術獎、瑞典皇家科學院外籍院士、第三世界科學院院士、全國「五一」勞動獎章獲得者和1995年度何梁何利基金科學與技術成就獎獲得者。黃昆還是中國人民政治協商會議全國委員會第五、六、七、八屆常務委員。黃昆是中國共產黨黨員、九三學社社員。
黃昆的一生
黃昆的一生和諾貝爾獎大師緊密相連，從英國布里斯託大學到愛丁堡大學，再到利物浦大學，從諾貝爾獎獲得者莫特教授到玻恩教授，黃昆的第一個「黃金時代」到來了。物理學大師玻恩是量子力學的創始人，也是晶體原子運動系統理論的開創者，早在第二次世界大戰期間，玻恩就打算從量子學青年黃昆
最一般原理出發，寫一部關於晶格動力學的專著，但戰後因忙於他事且年事已高，此事一度擱置。1947年5月中旬，黃昆來到了愛丁堡大學玻恩教授處短期工作，工作中玻恩發現黃昆熟悉這門學科，且有深邃見解，便將完成用量子力學闡述晶格動力學理論的《晶格動力學》專著的重任交給了黃昆，同時交給他的還有玻恩的一些殘缺不全的舊手稿…… 黃昆從1948年開始，在4年時間內不僅以嚴謹的論述和非常清晰的物理圖像對這個固體物理學中的最基本領域進行了系統的總結，而且還以一系列創造性的工作發展和完善了這個領域。「有一段時間，我同玻恩教授還發生了爭論……」誰也沒想到，黃昆當初寫進的內容在1960年激光發現以後，一一被實驗證實。由此，奠定了他在固體物理學領域的權威地位。玻恩這位諾貝爾獎獲得者也伸出了大拇指，他在給愛因斯坦的信中說：「書稿內容現在已經完全超越了我的理論……」
黃昆被選為2002年度感動中國十大人物
頒獎辭：他一生都在科學的世界裡探求真諦，一生都在默默地傳遞著知識的薪火，面對名利的起落，他處之淡然。他不僅以自己嚴謹和勤奮的科學態度在科學的領域里為人類的進步做出卓越的貢獻，更以淡泊名利和率真的人生態度詮釋了一個科學家的人格本質。
從蒙養園到燕京大學
黃昆於1919年9月2日誕生在北京，祖藉為浙江嘉興。父親當時是中國銀行高級職員。母親賀延祉，籍貫湖南，畢業於北京女子師范大學，也在銀行工作。黃昆是家中最小的孩子，他的大姐名黃宣，大哥黃燕，二哥黃宛（我國著名心臟內科專家），姐弟四人年齡依次相差一歲，手足情深而又互相影響。他們的名字都取自於北京的地名，黃昆的「昆」來自於「昆明湖」，黃宛的「宛」來自於「宛平城」，黃燕的「燕」來自於「燕山」，黃宣的「宣」來自於「宣武」。家庭較高的文化素養和毫無拘束的氣氛，特別母親為人嚴肅認真，對黃昆少年時期成長影響很大。 一般而言，許多著名科學家在少年，甚至童年就顯示出其天賦。然而，黃昆卻自認為他屬於智力發育滯後的類型。在談及現在中小學生的負擔太重問題時，黃昆以切身經歷為例，認為，小學學習不必要求太高，但中學打的基礎卻會影響一個人的一輩子。 黃昆先後在北京蒙養園、北京師大附小、上海光華小學（在靜安寺附近一條弄堂里，黃昆在那裡呆了一年多）上學。他回憶自己小學階段，除去很早就識字，在小學時期常讀小說和學會加減乘除之外，似乎沒有學更多的知識。他還記得，他小學期間最出色的一次表現，是在三年級北京史地課考試得第5名。他帶回給母親的獎品，是一份北京城的油印講義。為此，他始終為能熟練說出北京城所有內外城門名而感到自豪。
中學打基礎
關於中學打基礎影響一輩子，黃昆有正反兩方面的經歷。 黃昆在上海光華小學五年級沒讀完，隨家搬遷回到了北京。黃昆的伯父黃子通當時在燕京大學哲學系任教授，黃昆暫住在伯父家中，並插班就讀於燕京大學附中初中。他在這里只學習了半年，就轉學到通縣潞河中學。但是，這短短的半年，對黃昆以後的發展卻有長遠的影響。黃昆的伯父偶然看見黃昆課後很空閑，就詢問他原因。黃昆回答說，老師交待的數學作業都已完成。他伯父說，那怎麼行，數學課本上的題全都要作。自此，黃昆就這樣做了。從此他的數學課一直學得很好，並發生了濃厚興趣。轉入到潞河中學後，這習慣不僅仍延續下來，並帶動了其它學科的學習。黃昆後來回顧，這一偶然情況有深遠影響。由於他下課就忙於自己作題，很少去看書上的例題，反而使他沒有訓練出「照貓畫虎」的習慣。
治學要點
黃昆治學一個重要特點，「從第一原理出發」，其習慣也許就是在中學開始培養的。 潞河中學前身可以追溯到1867年由美國一個牧師創辦的通州男塾。1889年，它演黃昆文集
變成包括小學、中學、大學和神學院的潞河書院。以後又先後更名為協和書院，華北協和大學。1918年，華北協和大學與匯文大學合並組成燕京大學，而協和大學附設中學部仍保留在通州原址，叫潞河中學。潞河中學雖然是教會學校，但1927年以後，由華人任校長，取消「聖經」必修課。潞河中學的校訓為「人格教育」。黃昆是學習上的優等生，除語文課外，他的高中三年學習總成績始終保持在全年級之首。黃昆兄弟三人都就讀於潞河中學。他的大哥因為休學兩年，與他同班，數學成績只有30來分，在黃昆帶動下，黃燕的數學成績也很快就超過了及格線。潞河中學每個禮拜都有全校大會，黃氏三兄弟穿自己家做的布鞋，被校長在全校大會上表揚。 黃昆自己認為，他中學時代反面教訓是，中學語文課沒有學好。就像大多數中學男生一樣，對於老師出的作文題，黃昆覺得，不是一句話就解答了，就是無話好說。後來黃昆回顧自己生涯，認為其後果影響了自己一輩子。例如，1936年黃昆從潞河中學畢業，擬學工科。他報考過清華大學和北洋工學院，但都未被錄取，原因就是語文成績太差的緣故。黃昆在生平自述中寫道： 「我於1944年參加了當時『庚子賠款』留美和留英兩項考試。留美考試未錄取，後來通過別人查分數才知道我的語文考試只得了24分。在留英考試中，我的作文只寫了三行就再寫不下去了，只好就此交卷。後來得知，我居然被錄取。這曾使我大吃一驚。以後有機會看到所有考生的評分，這才知道這位中文考官顯然眼界很高，而打分又很講分寸，很多考生的中文成績都是40分，再沒有比這更低的分數，我當時是其中之一。以後雖然沒有再考語文，但是語文這個關遠沒有過去。順便可以提到，我的語文基礎沒有打好，多少年來，在各個時期，各種場合都給我帶來不小的牽累（從早年的考試到以後的寫作，以至講話發言）。近年來，不少場合要你講點話或是讓你題詞，我只能極力推辭，而主持人則很難諒解。這總使我想起中學語文老師出了題我覺得無話可說的窘況。」 1937年，黃昆通過潞河中學向燕京大學的保送考試，進入燕京大學，並根據自己的優勢和興趣，選定物理為學習專業。
群英薈萃
抗日戰爭爆發後，中國的三所著名大學：清華、北大、南開遷至雲南昆明，1938年春組成國立西南聯合大學。在中國人民抗戰最艱難困苦的年代，培養出楊振寧、李政道、黃昆、張守廉、李蔭遠、黃授書、鄧稼先、朱光亞等一大批傑出人材。開出中國教育史上最絢麗的一朵奇葩。 西南聯大物理系規模雖然不算大，但是人材濟濟，中國物理學界許多學術造詣很深的知名教授都在這里執教。當時「清華有葉企蓀、吳有訓、周培源、趙忠堯、王竹溪、霍秉權；北大有饒毓泰、朱物華、吳大猷、鄭華熾、馬仕俊；南開有張文裕，還有許貞陽。西南聯大的數學師資也為當時國內一時之選。 清華有楊武之、鄭洞蓀、陳省身、華羅庚、許寶馬錄；北大有江澤涵；南開有姜立夫。在西南聯大，物理系每年級只有一班，約三四十人。生活條件十分艱苦，都住在學校泥牆草頂的宿舍里。 1941年秋，黃昆在獲得燕京大學學士學位後，經葛庭燧先生介紹，來到西南聯大任助教。從北京到昆明，黃昆路經青島、上海、香港、桂林、貴州，路上整整花了2個多月。系主任饒毓泰先生在第一次接見黃昆時對他說，這里人很多，根本不需要助教。你在這兒就是鑽研學問作研究。事實也確是如此。 黃昆的教學任務只是每周帶一次普通物理實驗。吳大猷讓他半做研究生，半做助教，這樣他可以得到一些收入。 由於張守廉的緣故，黃昆很快地結識了和張同班的楊振寧。他們三人學習思考風格迥異，但都是絕頂聰明的人。他們一起上吳大猷和其他先生的課，通過課後討論，他們彼此加深了人品學問的了解。

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黃昆

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『伍』 固體物理|能帶理論（一）

我們知道，電子可以在金屬里快速的運動，這與金屬的周期性結構密切相關。但是是不是只要物質有周期性結構，就可以有金屬那樣優良的導電性呢? 顯然不是的。比如常溫下良好的金屬導體Cu的電阻率為 ，金剛石結構的半導體Si電阻率為 ，與Cu差了11個數量級之多，而絕緣體電阻率甚至還可達到 。為什麼會造成這種差異呢？在不同周期性結構、不同原子作用下導電性會發生變化，而能帶理論就用於解釋這些獨特的現象。

當溫度高於0K時，晶體中就有一些不安分的價層電子不受原子的束縛，可以在整個固體內運動，成為共有化電子。我們研究固體的導電性就是要研究這些共有化電子的能量、運動狀態。要研究電子在晶體內的能量分布，就必須考慮到各原子-電子的作用、電子-電子之間的相互作用還有晶格振動的影響。試想想，要考慮成千上萬個原子，其位置還是振動的，對電子的作用，而這許許多多的電子之間也有復雜的相互作用，根本不可能僅僅從一個薛定諤方程出發就解決所有問題。面對這么困難的問題，歷史上有很多天才利用了 周期性和微擾 兩個方法，對這個問題進行了很大的簡化，這就是能帶理論。

首先，因為原子的質量遠大於電子，我們把原子和還束縛在原子附近的內層電子（兩者一起稱為離子實）視為靜止的，因此可以認為離子實勢場作用對電子是恆定的。等等，你剛剛不是說晶格是振動的嗎？那原子的位置應該不是靜止的呀，這個晶格振動的問題我們後面再考慮，這里先認為離子實位置是固定的。

對於電子-電子的作用，則採用Hartree-Fork自洽場方法簡化，該方法把其他與電子作用的共有化電子視為平均勢場，直接將多電子問題簡化為單電子問題，我們可以認為每個電子是在固定的離子勢場以及其他電子的平均場中運動。

到這里，我們已經把原子-原子，電子-電子的作用簡化為一個勢場，但是我們對這個勢場一無所知，但是因為原子位置是周期性的，我們可以認為勢場也具備周期性，也就是:

其中 為空間向量， 為整數倍的晶格常數，勢場 在位置變換了整數倍的晶格常數後數值不變。這時候，我們就不需要關注整個晶體勢場的變化，僅僅只需考慮在一個周期性單元格內勢場的情況就可以了。

上面考慮到的只是靜止的周期性勢場，如圖1所示。但是因為晶格振動的存在，周期性勢場是有起伏的，如何去考慮這種起伏呢？這里我們引入微擾的概念來描述勢場的起伏量。

考慮一維 個原子組成的晶體，晶體的線度： , 為晶格常數。在倒空間中波矢 的周期性邊界取值為： （ 為整數）。

勢場 的平均值為 ,當忽略周期性勢場起伏，也就是零級近似時，可以認為： 。而當考慮周期性勢場起伏時，以起伏量： 作為微擾處理 。

在零級近似下，周期性勢場： 。

哈密頓量為:

代入薛定諤方程為：

計算得到零級近似下電子波函數：

能量：

很明顯， 在不計微擾時電子能量隨波數變化是一個連續的二次函數 ，如圖2所示。

波函數要滿足正交歸一化條件，就是不同 的波函數積分為0：

當考慮微擾量時：

相應的哈密頓量也要發生變化：

其中表示微擾部分的哈密頓量為：

因為微擾的引入，需要對零級近似的能量 進行n級修正：

在這里我們只考慮到二級的修正。

二級能量修正式：

其中 為另取一個波矢。

經過計算後發現，只有符合條件： 時有微擾項：

這就是考慮微擾時電子能量表達式 。

對於微擾的波函數同樣有n級修正：

考慮波函數的一級修正： ，其中 。

當符合條件： 時得到計入微擾的電子波函數：

我們來看看經過上面的簡化我們獲得了什麼。首先通過對原子-電子、電子-電子相互作用的簡化我們設定了周期性勢場:

然後用微擾理論來描述晶格振動引起的周期性勢場起伏，微擾項為：

並且我們計算得周期性勢場和微擾條件下電子的能量為：

這個電子能量有什麼意義呢？如果我們考慮周期性邊界（布里淵區邊界）的情況：

，和

此時 和 兩個狀態可以得到相同的能量，因此我們認為 和 兩個態是簡並的 ，代入電子能量式我們會得到：

電子的能量在邊界條件上是發散的，因此布里淵區邊界的能量不連續 。那麼在布里淵區邊界附近電子能量是否還服從圖2那樣的二次函數分布呢？為了研究這個問題，我們需要研究在布里淵區邊界附近的態：

，

式中 是一個小量，假設 為0， 和 與邊界條件的關系如圖3所示。

在簡並微擾問題中，波函數由簡並波函數線性組合構成。波函數表述為：

其中 ，

波函數代入薛定諤方程：

代入哈密頓量表達式和 、 薛定諤方程，得到：

分別用 或 從作左邊乘上方程，對 積分，得到兩個線性代數方程：

，

，

當 和 有非零解時，滿足久期行列式：

計算得到能量本徵值：

利用這個能量本徵值我們可以研究在布里淵區邊界附近的電子能量分布情況 。

當滿足公式： 時，波矢 離 比較遠， 和 能量差別比較大，對於 狀態的能量：

式中的修正項： ，

可視為： ，在該條件下可忽略不計。

因此 在距離布里淵區邊界較遠時能量 可忽略微擾項，看作零級近似，能量曲線為拋物線 ：

當滿足公式： 時，波矢 非常接近 ， 和​ 能量差別很小，能量本徵值可簡化為：

代入

得到：

其中： ，為電子的動能。

當 時，能量值化簡為：

當兩個相互影響的狀態 和 微擾後，能量變為 和 ，原來能量高的狀態 能量提高，原來能量低的狀態 能量降低，如圖4所示。圖4中黑色的拋物線代表零級近似的能量，藍色的曲線代表微擾後的能量，在k k'處分別發生了能量下降和能量上升。

當我們考慮 和 兩種情況時，會得到完全對稱的能級圖，如圖5所示。由圖5可以發現，當趨近於布里淵區邊界，即 時，能量斷開，曲線分別上下彎曲，能量突變值為：

​ 在這里我們可以做一個總結， 通過引入微擾的計算，在 距離邊界 比較遠時（ ），能量的微擾修正項可以忽略，能量曲線為零級近似時的拋物線；在 處於邊界 時，能量本徵值發散，能量曲線斷裂；在 距離邊界 比較近時（ ），出現能量突變，兩個態的能量間隔 稱為禁帶寬度 。

​ 通過計算我們發現，在引入了周期性勢場和微擾後，能級在布里淵區邊界發生了發散和突變，每個布里淵區有自己連續的能級，如圖6所示，圖6繪制了第一、二、三布里淵區所對應的能帶，在布里淵區邊界出現能量曲線斷裂和能級突變。為了方便和更直觀的分析能帶之間的差值，把其他布里淵區的能帶按圖6中箭頭的方向移動到第一布里淵區。

​ 這時就可以同一用第一布里淵區的波矢來表示所有的能帶，為了區分這個波矢與上面嚴格證明所用的波矢，我們將這個波矢命名為簡約波矢 ,其范圍為： ，它與我們之前所用的波矢 的關系為： ，m為整數。而此時第一布里淵區稱為簡約布里淵區。在使用簡約布里淵區時，必須表明對應的能帶和指定簡約波矢。

對於簡約波矢波函數滿足布洛赫定理（此處不予證明）：

在實空間中平移了n個晶格常數後，波函數只增加了相位因子 。

總的來說，電子如果需要自由移動需要處在相對高的能級，因為有禁帶的存在，電子達到高能級存在阻礙，不同的物質有不同的禁帶寬度，這就是為什麼導體、半導體、絕緣體之間的電導率差異如此之大。 那你可能會問這個問題，按照上面的推論所有晶體或多或少都是存在禁帶的，但是像金屬這樣的優良導體可以忽略禁帶的作用，這是為什麼呢？這就需要三維能帶來解釋，導體的能帶間是有可能重疊的！敬請期待能帶理論（二）。

參考資料：黃昆《固體物理學》