下载文档原格式
1. 能量子：（=量子）不连续变化的物理量的最小单位称为能量子。
2. 量子化：微观粒子的能量是不连续的，具有量子性；更广义的，物理量的不连续变化即量子化。
3. 德布罗意关系：将表征波动性的物理量（v和λ）与表征粒子性的物理量（E和P），由E=hv，P=h/λ，通过普朗克常数h定量联系起来，得到λ=h/mv的公式，即称为德布罗意关系。
说明微观粒子具有波动性和粒子性。
4. 测不准关系：由于微观粒子的波动性，位置很难确定，因此用坐标和动量描述微观粒子不能很准确。
如果仍要用，则对其测量的准确性有限制。
同时确定位置和动量是不可能的，准确测量其中一个量则对另一个值的测量的准确性下降。
公式：5. 不相容原理：在同一个原子中，不可能有运动状态相同的两个电子，即处于完全相同运动状态的电子是不相容的。
6. 材料结构层次：①质点的种类、性质——强调了个体性；②质点间的相互作用、原子间互作用——结合键强弱体现了相互性；③质点的排列方式、电子的运动及相应的电子理论及描述——强调了整体性；④显微组织即相的性质、数量、大小、形态、分布，原子排列结构在空间的延伸范围所具有的形态（一定条件下）——体现工艺性；⑤宏观连续性：宏观材料的性质和性能与工程联系——体现工程性。
7. 波函数：电子在任何给定情况下，都有一波动和它相联系。
其振幅平方与电子在某处出现的几率成正比。
可以用一个波函数来描述这一关系。
（另）将光子密度或在给定空间找到光子的几率与光波振幅平方成正比的关系应用于电子等微观粒子的运动的描述，可写成稳定状态下的函数形式。
公式：8. 几率波：指凡是取决于波函数的波峰（振幅）二次式的每个量都要解释为正比于发生某种事件的几率，这种波在传播过程中可满足传统波的某些性质，如分解，叠加，衍射，干涉等，其结果使电子的分布发生变化。
归纳为：①不以位置、速度描述微观粒子，而是以能量波函数描述；②描写微观粒子的波不是传统波而是几率波。
9. 微观粒子运动状态的量子数n: 主量子数，电子的总能量，表示某一运动状态节面总数。
固体理论讲义一序论1.什么是固体固体是由大量原子所结合而成的不会流动的宏观体系。
从导电性讲：导体、半导体、绝缘体。
从晶格结构讲：晶态、准晶、非晶态、无系玻璃态。
3.元激发的概念T=0 K时，固体的基态不仅是能量最低的状态，而且还是某种有序态。
从微观角度分析，实验上所测得的宏观属性是固体在外扰动作用下从基态跃迁到激发态时所产生的响应。
对于能量靠近基态的低激发状态，往往可看作成是一些独立基本激发单元的集合，它们具有确定的能量和波矢，这些基本激发单元就是元激发，有时也称为准粒子。
4.元激发的分类元激发大体可分为两类：一类是集体激发的准粒子：声子、磁振子、等离激元等，表现为序参量的微小涨落。
这类元激发一般为波色子。
另一类元激发是个别激发：极化子、金属中的屏蔽电子或准电子。
4．固体理论的基本任务在于从微观上解释固体的各种特性，阐明其规律。
固体理论的主要方法为量子场论的方法。
借助于元激发的引入，可以使复杂的多体问题简化为接近于理想气体的准粒子系统，从而使低激发态的描述变得十分简单。
解释固体的实验测量特性问题归结为求解在给定外扰动作用下互作用系统的元激发问题，这是固体量子论的中心课题。
5.固体理论的讲授内容（1）周期性结构：正格矢、倒格矢、布里渊区。
（2）声子：晶格动力学、声学模、光学模、极化激元。
（3）磁振子：海森伯模型、铁磁自旋理论、反铁磁自旋理论。
（4）等离激元：等离激元和准电子、介电函数。
（5）电声子相互作用：（6）超导电性的微观理论：BCS理论。
（7）氧化物高温超导体（8）能带理论：（9）极化子理论：大极化子与小极化子。
（10）激子理论：瓦尼尔-莫特激子、夫伦克耳激子。
（11）强关联电子体系（12）无系系统连续介质近似：连续介质近似是将整个固体系统看作一宏观意义下的均匀介质，不考虑原子及晶格结构的具体细节。
绝热近似：考虑到离子实的质量比较大，离子运动速度相对慢，位移相对小，在讨论电子问题时，可以认为离子是固定在瞬时的位置上，这样，多种粒子的问题就简化成多电子问题。
固体物理总结第一部分 固体结晶学理论1.晶体结构、空间点阵、B 格子、基元、初基元胞、惯用元胞、单式格子、复式格子。
答：晶体结构：组成晶体的微观粒子的具体排列方式空间点阵：为了研究晶体结构共性，不考虑基元内部原子，将原子或原子团抽象成空间中的点阵。
B 格子：表征了晶格周期性的空间格子。
基元：组成晶体的基本结构单元。
初基原胞：空间点阵中最小的可重复单元。
惯用原胞：能反映晶体周期性和对称性的原胞。
单式晶格：每个晶格只有一个原子。
复式晶格：每个晶格有多个原子。
2.晶格常数、原子半径、配位数、致密度、立方晶系最大间隙原子半径。
答：晶格常数：惯用原胞三个相邻棱边矢量叫做轴矢（用a 、b 、c表示），轴矢的模长为晶格常数。
原子半径：同种原子组成晶体中，最近邻原子间距的一半。
配位数：晶体中任一原子最近邻原子数总和。
致密度：晶体原子排列的紧密程度。
SC:1)2a,BCC: (122a -;FCC: (122a -. 3.晶向指数、晶面指数、等效晶向、等效晶面、六方晶系的四指标表示法。
答:晶向指数：在轴矢坐标系中过原点的晶列上任意一格点，求其各轴上的截距化为互质整数[h,k,l]。
晶面指数：设某一晶面在基矢a 、b 、c 方向的截距r ，s ，t 的倒数1r ，1s ，1t，化为互质整数，并用[h,k,l]表示。
等效晶向：由于晶格的对称性，一些晶向并没有什么区别，晶体在这些方向上的性质完全相同，各晶向互称为等效晶向。
等效晶面：由于晶格的对称性，不同平面原子排列相同，原子所在晶面互为等效晶面。
5.金刚石结构常用晶向晶面上化学腐蚀坑的形状。
100：正方形 111：三角形6.倒格子的定义和性质。
答：定义：根据初基原胞基矢1a 、2a u u v 、3a，令i j a b =2ij πδ其中（i ，j=1,2,3…），可确定另一组初基原胞基矢1b 、2b 、3b为倒格子基矢。
性质：1. 倒格子的一个基矢是和晶格原胞中一组晶面相对应的，它的方向是该晶面的法线方向，而它的大小则为该晶面族面间距倒数的2π倍。
复习要点1.讨论声子与晶格振动间的关系。
声子的性质、倒逆过程、用声子的概念解释材料的热传导，并讨论声子热导率与温度的关系。
答：（1）晶格振动是指晶体中诸原子（离子）集体地在其平衡位置附近作振动，由于原子间的相互作用力，各个原子的振动不是彼此独立的，表现为一系列的格波。
晶体中原子离开平衡位置的运动，用一系列格波来等效（在一维单原子情况，格波数等于原子数）。
如果原子间的相互作用与位移成正比，即在简谐近似下，格波可以近似地看作简谐波，格波间的相互作用可以忽略。
这时的格波是相互独立的，称为独立模式。
对于这些独立而又分立的振动模式，可用谐振子来描述，简谐振子的能量是量子化的，格波的能量也是量子化的，将最小单位：称为声子。
声子是格波能量变化的最小单位，它并不是那个原子所有，而是某个格波能量的变化单位。
正常过程甸逆过程声子是一种准粒子，具有动量和能量；满足动量守恒与能量守恒定律；声子间互相碰撞改变状态、湮灭、形成新的声子。
声子的倒逆过程：固体热传导的能量载体包括电子，声子和光子；温度高处声子浓度大，声子将以声速往温度低处运动，这就是声子导热过程。
由于晶格实际上是作非简諧运动，格波间会相互作用，这样声子间就会发生散射。
声子的散射满足能量与准动量守恒，其散射包括两种过程。
正常散射是同向的，倒逆过程是指第三个动量方向反过来，是另一种过程，这是产生热阻的主要原因。
材料中声子散射包括：（a ）声子-声子散射（倒逆过程），（b）声子与电子、点缺陷、位错、晶界的碰撞，（c）声子与样品边界的碰撞。
晶体的热阻为倒逆过程产生的热阻和电子、缺陷、位错等对声子散射产生的电阻之和。
（3）声子热导率随温度的变化如图所示：L T峰值：热阻从来源于U （倒逆）过程到由边界散射主导的过渡2.材料的电阻是怎样产生的？杂质、温度对金属和半导体的电阻有何影响?按照单电子理论，温度接近绝对零度时，金属的电阻和温度有怎样的关系?用电子的波动相干性解释在绝对零度附近，金属的电阻随温度降低而上升的原因。
固体物理复习资料固体物理复习资料固体物理是物理学中的一个重要分支，研究固体物质的性质和行为。
对于学习固体物理的同学来说，复习资料的准备是非常重要的。
本文将为大家提供一些固体物理复习资料，帮助大家更好地理解和掌握这门学科。
一、晶体结构晶体结构是固体物理的基础，它描述了固体中原子、离子或分子的排列方式。
了解晶体结构有助于我们理解固体的性质和行为。
在复习晶体结构时，我们可以从晶体的基本概念开始，如晶体的定义、晶体的分类等。
然后，可以学习晶体的几何结构，如立方晶系、六方晶系等。
此外，还应该了解晶体的点阵结构和晶格常数的计算方法。
二、晶体缺陷晶体缺陷是指晶体中存在的一些不完美的结构。
了解晶体缺陷对于理解固体的性质和行为非常重要。
在复习晶体缺陷时，可以学习晶体缺陷的分类和特点，如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。
还可以学习晶体缺陷对固体性质的影响，如导电性、热导性等。
此外，还可以学习晶体缺陷的形成和控制方法。
三、晶体生长晶体生长是指从溶液或气相中形成晶体的过程。
了解晶体生长对于制备晶体材料具有重要意义。
在复习晶体生长时，可以学习晶体生长的基本原理和方法，如溶液法、气相法等。
还可以学习晶体生长的条件和影响因素，如温度、浓度、溶液饱和度等。
此外，还可以学习晶体生长的控制方法和应用，如生长单晶、合成纳米晶等。
四、固体的电学性质固体的电学性质是指固体导电和电介质性质的研究。
了解固体的电学性质对于理解固体的导电机制和应用非常重要。
在复习固体的电学性质时，可以学习固体的导电机制，如金属的自由电子理论、半导体的能带理论等。
还可以学习固体的导电性质，如电导率、电阻率等。
此外，还可以学习固体的电介质性质，如介电常数、介质极化等。
五、固体的热学性质固体的热学性质是指固体的热传导和热膨胀性质的研究。
了解固体的热学性质对于理解固体的热传导机制和热膨胀行为非常重要。
在复习固体的热学性质时，可以学习固体的热传导机制，如导热电子、晶格振动等。
还可以学习固体的热传导性质，如热导率、热扩散系数等。
复习要点1.讨论声子与晶格振动间的关系。
声子的性质、倒逆过程、用声子的概念解释材料的热传导，并讨论声子热导率与温度的关系。
答：(1)晶格振动是指晶体中诸原子（离子）集体地在其平衡位置附近作振动，由于原子间的相互作用力，各个原子的振动不是彼此独立的，表现为一系列的格波。
晶体中原子离开平衡位置的运动，用一系列格波来等效(在一维单原子情况，格波数等于原子数)。
如果原子间的相互作用与位移成正比,即在简谐近似下，格波可以近似地看作简谐波，格波间的相互作用可以忽略。
这时的格波是相互独立的，称为独立模式。
对于这些独立而又分立的振动模式，可用谐振子来描述，简谐振子的能量是量子化的，格波的能量也是量子化的，将最小单位 称为声子。
声子是格波能量变化的最小单位，它并不是那个原子所有，而是某个格波能量的变化单位。
(2)声子是一种准粒子，具有动量和能量；满足动量守恒与能量守恒定律；声子间互相碰撞改变状态、湮灭、形成新的声子。
声子的倒逆过程：固体热传导的能量载体包括电子，声子和光子；温度高处声子浓度大，声子将以声速往温度低处运动，这就是声子导热过程。
由于晶格实际上是作非简諧运动，格波间会相互作用，这样声子间就会发生散射。
声子的散射满足能量与准动量守恒，其散射包括两种过程。
正常散射是同向的，倒逆过程是指第三个动量方向反过来，是另一种过程，这是产生热阻的主要原因。
材料中声子散射包括：( a ) 声子-声子散射（倒逆过程），(b) 声子与电子、点缺陷、位错、晶界的碰撞，(c) 声子与样品边界的碰撞。
晶体的热阻为倒逆过程产生的热阻和电子、缺陷、位错等对声子散射产生的电阻之和。
(3)声子热导率随温度的变化如图所示：峰值：热阻从来源于U（倒逆）过程到由边界散射主导的过渡2.材料的电阻是怎样产生的？杂质、温度对金属和半导体的电阻有何影响？按照单电子理论，温度接近绝对零度时，金属的电阻和温度有怎样的关系？用电子的波动相干性解释在绝对零度附近，金属的电阻随温度降低而上升的原因。
答：(1)实际晶体总是不完整的，点缺陷、位错、杂质、晶界、表面，声子、畴（电畴与磁畴）和应力，以及晶体中原子的热运动，会使周期性势场产生畸变，畸变的势场对电子散射，形成电阻。
(2) 杂质、温度升高均会使金属的电阻增大。
杂质是散射中心，会使金属中电子运动受到散射，电阻增大；温度升高使电子无规则运动加剧，电子的定向运动受到干扰，电阻增大。
掺入杂质使半导体的电阻下降，掺入杂质会在半导体的禁带产生杂质能级，电子可以借助杂质能及跃迁；温度升高，半导体电阻下降，温度升高为电子跃迁提供了能量。
(3)金属中电子受缺陷和声子的散射而形成电阻，ρ（T）=ρ0ρ（T）其中ρ0是由于缺陷、杂质等引起的电阻率，ρ（T）是晶格振动（声子）引起的电阻率。
声子数目是随着温度降低而减少的。
当温度趋于绝对零度时，电阻率应是常数ρ0。
(自己理解)(4)在绝对零度附近，由于电子的波动相干性，电子更愿意停留在原来的位子上，可动性比高温下要差，即弱局域性。
由于电子的量子干涉效应，量子效应修正使电阻增大，随着温度的降低，量子效应对对电阻的修正越来越大，结果是：电阻随温度下降按指数规律增加的。
3.基本概念：界面态与表面态、超晶格中能带折叠效应、简并半导体、库伦阻塞、弱定域化、布洛赫振荡、表面界面态的屏蔽作用答：界面态与表面态：表面（界面）态是由于交界处周期性势场的突然中断或严重畸变、以及外来杂质在表面界面处的吸附或偏析而产生的附加的一些能级或能带。
超晶格中能带折叠效应：超晶格由许多量子阱和其中的势垒所构成，一般势垒层厚度较薄，势阱中电子会通过隧穿而发生相互影响。
超晶格中不同势阱中电子的相互关联，同时一个能态上只容许一个电子占据。
超晶格中电子（或空穴）在垂直于超晶格平面方向的能量形成子能带结构，只能取一系列分段的值。
这种现象称为折叠。
折叠效应会使分立能级展宽为子能带，并使态密度DOS的台阶处不再是垂直上升，而是有所展宽。
简并半导体：如果半导体的施主（受主）杂质浓度非常高，施主（受主）杂质的波函数发生明显的重叠，能级分裂为能带，并可能与导带（价带）发生重叠，这时费米能级也会进入导带（价带）。
称为简并（degnerate）半导体。
库伦阻塞：在多体带电体系中，由于库仑作用，带电粒子处于两种电场中：一是使它定向运动的外电场，二是粒子之间的库仑相互作用。
对于分立的多体带电系统（中间有势垒间隔的系统），这时形成电流是由于带电粒子的隧道效应，使电子从分立的一部分到达分立的另一部分。
对于以上情况，理论研究表明，电流会一定条件下会中断。
这是一种带电粒子的关联现象。
这就是库仑阻塞。
弱定域化：弱定域化是指在低温条件下金属中电子在弹性散射占主导时，电子在传导途中由于限于闭合路径但不形成稳定定域态，仍能继续参与导电，由于量子相干性，电子更愿意停留在原来的位置上，其可动性比高下下要差，而使电导率减小、电阻增加的现象。
布洛赫振荡：理想晶体中的电子在外场作用下在空间作飘移运动，而在布区作来回运动。
电子在布里渊区中周而复始地运动，称布洛赫振荡。
表面界面态的屏蔽作用：实际上许多材料的表面态、界面态的密度是很大的（与表面的原子密度相当）。
当与半导体在发生交换电子时，只要表面态的E FS 略为往上移动，就可以接收大量电子，它略为往下移动，就能给出大量电子。
若考虑到表面、界面态的作用时，决定Schottky 势垒高度的主要因素是表面势垒 Φ0，金属函数与半导体功函数之差是第二位的。
4. 能带论是如何处理晶体中电子的运动的？写出布洛赫定理，并解释其物理意义。
金属、绝缘体和半导体在能带上有何差别答：(1)能带论在处理晶体中电子运动时采用了3大近似：绝热近似、单电子近似以及周期性势场近似。
(2)布洛赫定理)()exp()(r R ik R r E j j E ψψ∙=+或),(),(r k u R r k u j =+物理意义：电子可以在整个晶体中运动；不同点发现的几率不同；电子出现在不同原胞的对应点上几率是相同的，是晶体周期性的反映。
布洛赫函数的状态由波矢决定。
(3)满带中能级被电子占满，对导电没有贡献，只有半满带才会做贡献。
金属的导带是半满带。
对于绝缘体它的价带是满带，而导带是空带，由于禁带宽度太大了，以至于价带电子不能够激发到导带上。
绝缘体不能导电。
半导体，在绝对零度时，价带是满带，而导带是空带，不能导电，当外界条件（光照，热激发等）改变时，半导体的禁带宽度较小，可以把价带顶的电子激发到导带底，于是在导带底有了电子，价带顶有了空穴，可参与导电。
能带图如下：5.玻尔兹曼方程的基本物理思想与应用条件答：Boltzmann equation是分布函数法中所采用的一种方程，即是非平衡分布函数f(k,r,t)所满足的一个方程，求解此方程可得到不同条件下的f(k,r,t)，然后即可求出电子的各种输运参量。
物理思想：Boltzmann equation就是从能带结构出发，利用这些关系，将碰撞的作用与分布函数相联系，成为处理固体中输运现象的出发点。
应用条件：玻尔兹曼方程在以下一些假定下才可解：①散射过程是局部的，并在空间某一点发生，故散射是局域的。
②在时间上也是局域的。
③散射非常弱，电场也比较弱。
④考虑的尺度小于电子的平均时间的事件。
6.什么是空间电荷限制电导？什么情况下容易观察到？不考虑陷阱时，空间电荷电流与电压有怎样的关系。
画出没有陷阱和有陷阱时的空间电荷电流与电压的示意图，并加以说明。
答：(1)空间电荷限制电导：由一种正电荷或负电荷分布的空间称空间电荷区，半导体表面，或界面处经常存在着空间电荷区。
通常，空间电荷能对电流或从一个电极至另一个电极穿过的载流子数目发生限止作用。
在电场作用下，如果阴极每秒发射的电子数目超过了空间所能接纳的数目，剩下的就会形成负的空间电荷，形成一个附加电场，降低电子从阴极发射的速率。
这时的电流不再由注入电子的阴极所控制，而是受到半导体或绝缘体的体控制，即由材料内部载流子迁移率所控制。
这种情况下材料的电导称空间电荷限制电导。
(2)产生空间电荷限制电导（暗电导）的条件是：电极能够使电子注入导带或空穴注入价带，而且载流子注入的起始速率超过其复合速率；同时载流子浓度大于体浓度,这时注入载流子形成空间电荷，而限制电流的流动。
在这种情况下容易观察到。
(3)当材料完整性和纯度十分高时，可以暂不考虑陷阱的影响。
在小偏压下，当热载流子在外场作用下产生的漂移电流比莫特-古夸（child）电流大得多时，电导以欧姆型为主，J～V；当偏压超过转变电压VΩ时，电流主要是空间电荷限制电流，此时J～V2。
在本征半导体或绝缘体中，热载流子都是比较小，故在较小电压下就会产生空间电荷限制电流。
(4)有陷阱时I-V说明：当陷阱为浅陷阱时，电压逐渐增大，注入载流子浓度大于热激发载流子浓度时，仍然会出现上述无陷阱规律中的转变电压，导电规律由欧姆导电规律变成空间电荷限制电流律。
有陷阱存在时，当电压继续增大，如果将陷阱全部填满，此时为陷阱填充限制（traps filled limit）电压V TFL,电流就迅速从低的陷阱限制电流跳到高的无陷阱的空间电荷限制电流值。
当陷阱为深陷阱时，全部注入的载流子将首先用于填充陷阱，在V TFL时全部陷阱都被填满，因此也可以认为V TFL是开始从欧姆至空间电荷限制电导过渡电压，即VΩ。
7.介观态概念，写出介观态中电子输运的三种特殊现象，讨论介观态与纳米态的关系答：(1)介观态:介于宏观与微观的状态称介观态。
从尺寸上看，它可以是介于微米到纳米的范围。
(2)电子输运的特殊现象：弱定域化；普适电导涨落，固体的AB效应；非定域性，持续电流。
(3)纳米科学（Nanoscience)研究的是纳米尺寸范围有关科学，至今纳米科学的范围和定义还没有明确。
但介观态可以作为纳米科学的一个分支。
在有些场合，纳米态与介观态又有一定的差异：介观态中会出现电子的波动性；而在一些纳米材料中，电子的波动性并不十分明显。
8.电子自由程、相干长度、费米面波长这三个特征长度的物理含义答：(1)电子的平均自由程（meanfree path）它表征着占据初始动量本征态的粒子被散射到其他动量本征态前，粒子所走过的平均距离。
也就是表征粒子动量的弛豫。
其物理意义是：电子处于某个动量本征态的平均时间，即处在某一动量本征态的电子在被散射到另一动量本征态前所逗留的平均时间。
(2)相位相干长度LΦ占据某一个本征态的粒子，在完全失去相位相干性之前所传播的平均距离。
相位相干长度反映了粒子动力学保持相位相干性的最大范围。
LΦ就是电子的非弹性碰撞的自由程。
(3) 费米面波长费米面（Fermi surface）附近的电子德布罗意波长λF=2π/k F，简称费米波长。
