当前位置：文档之家 › 固体物理-1绪论

固体物理-1绪论

  • 格式：pdf
  • 大小：1.89 MB
  • 文档页数：34

下载文档原格式

  / 34

合集下载

大学固体物理ppt

大学固体物理ppt

绪 论：固体物理学应用
聚变发电
能源危机：
化石能源：2050石油枯竭，煤炭，可燃冰； 太阳能；风能；海洋能；核能：裂变和聚变
东方超环（EAST）
1.65亿元人民币。 韩国3亿美元， 美国5.7亿美元。
ITER
100亿美元
量子计算机（摩尔定律18月 P4，2000）
速度（大数质因子分解）100亿年 vs 30秒 解密 量子隐形传输
布拉伐格子 + 基元 = 晶体结构
一、布拉伐格子 → 表征了晶格的周期性
理想晶体：可看成是由完全相同的基本结构单元 （基元）在空间作周期性无限排列构成 单个原子或离子或若干个原子的集团
① 格点：代表基元中空间位置的点称为格点 一切格点是等价的 — 每个格点的周围环 境相同 → 因为一 切基元的组成，位相和取 向都相同!
， 为 一组基矢 Rl l1a1 l2a2 l3a3 a1, a2 , a3
x
1
3
二维布拉伐格子几种可能的基矢和原胞取法
二维晶格的晶系和布拉伐格子 晶系 轴和角度 布拉伐格子
斜方
长方
正方
六角
a≠b γ ≠90℃ a≠b γ = 90℃ a=b γ = 90℃ a=b γ=120℃
绪 论：《固体物理》的研究对象
一个超级大原子
T （0K附近）玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC）
物 质 的 状 态
固态(晶体和非晶体) 液态(液晶体和非晶液体) 气态 （百万K） 等离子态：太阳（99%） 凝聚态物理
绪 论：《固体物理》的研究内容
晶体和非晶体的结构
固体理论： 电子，原子（离子）运动规律
固体宏观性质
固体材料的性质（半导体，金属，超导，绝缘体） 新型人工材料微观结构和宏观性质

《固体物理一绪论》PPT课件

《固体物理一绪论》PPT课件

绪论：三、固体物理学及其发展史
与此同时，* Heisenberg, *Wigner, *Mott, *朗道， 夫伦克尔，佩尔斯，*肖特基，*范弗莱克等当时一流 的理论物理学家都曾投入到固体理论的研究中并取得 了丰富的成果。
赛兹1940年出版的《现代固体理论》一书, 标志着固体物理的成熟并形成了固体物理理论 的第一个范式。（建立在对晶体认识的基础上）
5. 光学材料非线性研究 励强华教授
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
6. 热电材料研究 胡建民教授、曲秀荣老师 7. 非晶和液体性质的研究 孙民华教授 8. 半导体光电子材料；光催化研究 李林、徐玲玲老师 9. 半导体材料电子结构、输运性质的第一性原理计算
尹海涛教授、牛丽老师
绪论：五、本课程的主要内容
Seitz F, Modern Theory of Solids, McGraw-Hill 1940
绪论：三、固体物理学及其发展史
晶格结构
晶格理论
晶格动力学 晶格热力学
理想晶格
固 体 物
电子理论
实际晶格理论 能带理论 金属中的自由电子气
理
功函数、接触电势等
输运理论 ：电子与晶格的相互作用
固体物理分论 半导体、磁学、超导、非线性光学
绪论：
四、我院在凝聚态物理领域的研究工作
1. 磁性超晶格及多层膜的物理性质研究；光子晶体的磁性研究
王选章教授、付淑芳、李华、周胜老师
2. 半导体纳米材料及其应用；
复合氧化锌超晶格纳米线制备及 TFT研制
张喜田教授、高红教授
3. 光电子技术应用 孙文军教授
4. 量子光学；固体发光
吕树臣教授、孟庆裕、孙江亭老师
第一章 晶体结构与X射线衍射 第二章 晶体的结合 第三章 晶格振动和固体的热学性质 第五章 金属的自由电子理论 第六章 能带理论

固体物理学绪论ppt课件

固体物理学绪论ppt课件

B类碳原子的 共价键方向26
hcp也是复式晶格。
复式晶格包含多个等价原子，不同等价原子的简单晶格 相同。复式晶格是由等价原子的简单晶格嵌套而成。
ppt精选版
27
二、基矢和原胞
a2 0 a1
ppt精选版
28
1. 格矢: R l 2. 基矢：
任一格矢
R l l1 a 1 l2 a 2 l，3 a 3
56
例1：简立方格子的倒格子。
例2：二维四方格子，其基矢为
a1 ai
a 2。2aj
此时可假设一个垂直于平面的单位矢量
再计算 b1 、b2 。
a3 k
ppt精选版
57
二、倒格子基矢的性质 1、正倒格子基矢的关系
bi aj 2 ij
2、倒格子原胞体积是正格子原胞体积倒数的 (2π)3 倍。
ppt精选版
58
推论： 1、如果有一矢量与正格矢点乘后等于2π的整数
倍，这个矢量一定是倒格矢。
2、如果有一矢量与正格矢点乘后为一个没有量纲 的数，这个矢量一定能在倒空间中表示出来。
ppt精选版
59
倒格矢的性质：
1） Ghkl是密勒指数为（h，k，l）所对应的晶面族的法线。
2）
Gh kl
2
dh kl
晶胞基矢），其长度a，b，c称为晶格常数。
下面对结晶学中属于立方晶系的布拉格原胞简立方、 体心立方和面心立方的固体物理原胞进行分析。
晶胞：
原胞：
a ai
基矢 b a j
c
ak
基矢
a1 a2
ai aj
a
3
ak
sc
体积 V a 3 ppt精选版
体积 V a 3

固体物理第一讲 绪论PPT课件

固体物理第一讲 绪论PPT课件

70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术，
在于晶体结构的观察方面有所进步。近年来发展
的扫描隧道显微镜，可以相当高的分辨率探测表
面的原子结构。
• 晶体的结构以及它的物理、化学性质 同晶体结合的基本形式有密切关系。通常 晶体结合的基本形式可分成：离子键合、 金属键合、共价键合、分子键合(范德瓦耳 斯键合)和氢键合。根据X射线衍射强度分 析晶体的物理、化学性质，或者依据晶体 价电子的局域密度分布的自洽理论计算， 人们可以准确地判定该晶体具有何种键合 形式。
(二)、固体物理的发展史
几百万年前的石器时代，或者几万年前人类开
始冶炼金属、制造农具和刀箭的时代。通过炼金术， 人们了解了一些材料的颜色、硬度、熔化等性质， 并用之于绘画、装饰等。
1611年，开普勒就开始思考雪花为什么呈六角 形；
1843年法拉第曾惊奇地发现硫化银的电阻随着 温度的升高而下降；
阿拉克西曼德：万物是由无数的原始物质构成的。 阿拉克西美尼：万物的本质是空气。 赫拉克里特：万物的本质是火，火与其他物类的混合物，一
般都以我们可以感知气味的其他物类来命名，但是火本身 是不变的因素。 埃姆毕多克拉斯：万物是由水、气、火、土组成。
• 巴门尼德： 宇宙中只有一个永恒的存在，像一个充实的
固体物理学
第一讲 绪论
• 一：固体物理学 • 二：发展史 • 三：当前研究的热点和前沿 • 四：本课程的主要讲解内容 • 五、参考书籍
一：固体物理学
固体物理学是研究固体物质的物理 性质、微观结构、构成物质的各种粒 子的运动形态，及其相互关系的科学。 它是物理学中内容极丰富、应用极广 泛的分支学科。
融汇了力学、热力学与统计物理学、 电动力学、量子力学和晶体学等多学 科的知识。

固体物理I绪论

固体物理I绪论
固体物理 I
朱满康
王 波
zhumk@ wangbo@
什么是固体物理学?

固体物理学(凝聚态物理学)

研究固体的结构及其物理性质的物理学分支学科 主要研究固体的原子结构以及固体中电子与原子、 电子与电子、原子与原子之间的各种相互作用和由 这些相互作用决定的固体材料的各种性质。
石 墨 金刚石 石墨烯
They are all just carbon!


通过学习，了解为什么一种碳物质(石墨) 是金属性，一种碳物质 (金刚石) 是绝缘性的，而另一种碳(石墨烯)呈现半导体特性 通过学习，理解这些差别产生的物理起源---物质结构
5
学习意义与方法

理解课程的重要性


固体物理是基础理论学科与应用学科之间的桥梁，是一门实验与 理论相结合的科学 固体材料的性质是现代社会和技术的核心 IT技术(计算机、通讯等)和电子工业的发展是基于对一些特殊材 料的调制而取得的

《辞海》

凝聚态物理学，相对于固体物理学，是更为合适的 名称

许多与固体相关的一些概念也可适用于液体.
2
固体物理学的目的

了解固体材料的性质及发生相互作用，人们通 过薛定谔(Schrö dinger)方程，预测固体材料的性质.

了解决定固体行为的基本定律.

晶体结构↔衍射行为 晶格振动↔ Debye热容理论 导电性能↔能带理论
3
研究对象

课程主要讨论的对象是晶态固体：

具有有序重复排列原子结构的固体

许多重要的固体是晶态的.
晶态材料的计算和表征更为容易，理解晶态 固体的行为获得的进展远大于非晶态固体.

固体物理-第一章

固体物理-第一章
B A
B
C
(3)金刚石晶格
金刚石和石墨 金刚石由碳原子构成，在一个面心立方 原胞内还有四个原子，这四个原子分别 位于四个空间对角线的 1／4处。一个碳 原子和其它四个碳原子构成一个正四面 体。
金刚石晶格
c
c
金刚石晶格是由两个面心晶格重叠相嵌而成。两个面心立方 子晶格沿体对角线位移1/4的长度套构而成,
ak
a1
aj
a2 a3
ai
典型的晶体结构
结构型 单胞中的 原子在单胞 最近邻 原子个数 中的位置 距离 配位数
(Cu)
fcc
4 2
Cs+ 1
bcc
11 ( (000) 0) 22 1 1 ( 0 ) (0 1 1 ) 2 2 22
2a 2 3a 2 3a 2
12
(W)
(000)
11 1 ( ) 22 2
§1.1
一些晶格的实例
一、晶格（晶体的格子）中原子排列的具体形式。
（1）考虑原子球层的正方排列形成的晶格结构
原子正方排列: 把原子看成原子球，一层层排列，一个原子与相邻原 子组成正方形，每层都为正方排列.
如此堆积而成的晶格分为两类：
（i） 简单立方晶格
原子球规则排列最简单的形式为正方排列，如果把这样的原子层叠起来，各层的 球完全对应，上下对称，为简单立方晶格。
(1 ,2 ,3 )为一组整数
对于金刚石晶格，面心立方顶点位置的原子的位置：
1 a1 2 a 2 3 a 3
面心立方体对角线1/4处位置的原子位置： 1 a1 2 a 2 3 a 3 r 一组 1 a1 2 a 2 3 a 3 可以包括所有的格点 布拉伐格子： 由 1 a1 2 a 2 3 a 3 确定的空间格子 任一点的位矢 r，V(r ) V(r 1 a1 2 a 2 3 a 3 )，

固体物理基础绪论和第一章

固体物理基础绪论和第一章
体心立方晶格的典型单元 体心立方晶格的堆积方式
排列规则：层与层堆积方式是上面一层原子球心对 准下面一层球隙，下层球心的排列位置用A标记， 上面一层球心的排列位置用B标记，体心立方晶格 中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为 ： AB AB AB AB…
浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云
体心立方晶格的特点：
固体碳的维度
0-D: C60 , Cn 1-D: 纳米碳管
3-D: 金刚石 2-D: 石墨
浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云
形态各异的ZnO纳米材料
浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云
新型的缓冲层材料 — Lu2O3
Lu2O3与Si、ZnO的晶格失配 — Si:4.4% — ZnO:11.5%
3 . 钙钛矿型 结构
• •

结晶学原胞
•
•

°
• •
•




°
•
表示Ba 表示O









°
•






氧八面体
°
•
表示Ti
浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云
• ° •• ° • • ° • • • • • • ° • • ° •• ° • • • •• •• •• • • •• •• • • •
水滴· 海水
浙江大学硅材料国家重点实验室 黄靖云
3、气态
有流动性，没有固定的形状和 体积，能自动地充满任何容器； 容易压缩；物理性质各向同性 气态物质分子或原子运动更剧 烈，“类晶区”不存在了。由 于分子或原子间的距离增大， 它们之间的引力可以忽略，因 此气态时主要表现为分子或原 子各自的无规则运动

固体物理讲义

固体物理讲义

固体物理领域
金 属 物 理 半 导 体 物 理 晶 体 物 理 磁 学 电 介 质 物 理 液 晶 物 理 固 体 发 光 超 导 体 物 理 固 态 电 子 学 固 态 光 电 子 学 固 体 光 谱 强 关 联 物 理
表 面 物 理
介 观 物 理
纳 米 物 理
绪论
固体物理的研究对象
固体物理 现代固体科学与技术 固体化学 材料工程学
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的基本研究方法
固体物理是一门实验性学科 —— 为阐明固体表现出的现 象与内在本质的联系，建立和发展关于固体的微观理论 固体是一个复杂的客体 —— 每一立方米中包含有约1029 个原子、电子，而且它们之间的相互作用相当强 固体的宏观性质 —— 就是大量粒子之间的相互作用和集 体运动的总表现
绪论
横向比较 固体物理：强调各类物质的共同规律性；研究固
体中性质的连续变化；探索固体性质 与结构之间的定量关系。
固体化学：注重固体物质随组成变化的特性；关
心的是由于化学反应产生的突变；着 重于对固体性质的定性认识。
绪论
纵向比较 固体物理：侧重研究构成固体物质的原子、离子及电子的运动和相互
作用，提出各种模型和理论，阐明固体的结构和物性——物理模型；
《固 体 物 理》
教 师： 朱泉峣 材料学院06级
学生专业：
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的研究对象 固体物理的发展 固体物理的基本研究方法 本课程基本内容
绪论
固体物理的研究对象 固体物理是研究固体的结构及 其组成粒子（原子、离子、电子等） 之间的相互作用与运动规律，以阐 明其性能与用途的学科。

固体物理绪论ppt课件

固体物理绪论ppt课件
2. 金属的研究 —— 抽象出电子公有化的概念，再用单电 子近似的方法建立能带理论
3. 物质的铁磁性 —— 研究了电子与声子的相互作用，阐 明低温磁化强度随温度变化的规律
4. 超导的理论 —— 研究电子和声子的相互作用，形成库 柏电子对，库柏对的凝聚表现为超导电相变
六、固体物理学领域的一些重要进展 1. 人造材料、超晶格半导体、MBE、CVO等 2. 量子霍尔效应：电势差按量子变化而非连续变化 3. 降维效应：三维→二维→一维→零维（量子点） 4. 电荷密度波、自旋密度波 5. 无序：等效介质+微扰 6. 混合原子价 7. 3He的超流相（低温下流动无阻力） 8. 重整化群的方法（处理多体问题、相变、临界点等）
23. 生物物理（蛋白质、DNA等） 24. 软凝聚态物质（生物体、胶体、各种细小颗粒、沙堆
模型等） 25. 纳米材料 26. Bose-Einstein凝聚
……
《固体物理学》参考书目
1.《固体物理学》 —— 黄昆 韩汝琪，高等教育出版社
2. 《Introduction to Solid State Physics》Seventh Edition —— CHARLES KITTEKL, John Wiley
—— 费米发展了统计理论，为以后研究晶体中电子运动的 过程指出了方向
—— 20世纪三十年代，建立了固体能带论和晶格动力学
—— 固体能带论说明了导体与绝缘体的区别，并断定有 一类固体，其导电性质介于两者之间______半导体
—— 20世纪四十年代末，以诸、硅为代表的半导体单晶的 出现并制成了晶体三极管______ 产生了半导体物理
程序）（急冷方式获得）
16. 细小体系、团簇、C60、介观物理 17. 有机导体、高分子材料（具有掺杂导电性） 18. 非线性、非平衡、孤子、突变、湍流 19. 量子计算机，由量子态控制（传统计算机由0、1控制） 20. 超硬材料，如导电性极强的金刚石半导体，性能稳定、

固体物理基础学：第一讲 绪论

固体物理基础学：第一讲 绪论

第一讲 绪论
前言-固体物理的伟大成就
固体物理领域获得诺贝尔奖的工作
1.
1956年：布拉顿、巴丁（犹太人）、肖克利（美国）发明晶体管及对晶体管效应的研究
2.
1962年：达维多维奇·朗道（苏联）关于凝聚态物质，特别是液氦的开创性理论
3.
1972年：巴丁、库柏、施里弗（美国）创立BCS超导微观理论
4.
1973年：江崎玲于奈（日本）发现半导体隧道效应；贾埃弗（美国）发现超导体隧道效应；约瑟夫森（英国）提出并发现通过隧道势垒的超电
流的性质，即约瑟夫森效应
5.
1977年：安德森、范弗莱克（美国）、莫特（英国）对磁性和无序体系电子结构的基础性研究
6.
1985年：冯·克里津（德国）发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术
固体物理基础
课程特点
理解基本的物理概念 弄清基本的物理图像 以上课所讲PPT内容为主 不管公式的推导，强调物理的逻辑 考试：
期末70％＋作业20％＋考勤10％
授课安排
绪论及晶体结构（3次课） 固体的结合 （1次课） 晶格振动 （2次课） 能带论（1次课） 半导体电子论（4次课） 固体的磁性和超导电性（2次课） 量子霍尔效应专题（1次课） 固体物理前沿热点研究讲座（1次课） 复习答疑（1次课）
19世纪中叶，布拉菲：空间点阵学说，概括晶格周 期性
19世纪末，费多洛夫，熊夫利等独立发展晶体微观 几何结构理论体系
固体物理发展历程
物理规律
19世纪末，经验规律：杜隆-珀替定律（晶体比热） ，魏德曼-佛兰兹定律（金属导热导电）
20世纪初，特鲁德 &洛仑兹:金属自由电子论 1912，劳厄：X射线衍射研究晶体结构，证实空间群

固体物理 绪论

固体物理 绪论

(三)固体物理的学科领域 随着生产及科学的发展,固体物理领域已经形成了象金属物 理,半导体物理,晶体物理和晶体生长,磁学,电介质(包括液 晶)物理,固体发光,超导体物理,固态电子学和固态光电子学 等十多个子学科.同时固体物理的本身(内核)又在迅速发展中. 主要有: (1)研究固体中的元激发及其能谱以更深入,更详细地分析 固体内部的微观过程,揭示固体内部的微观奥妙. (2)研究固体内部原子间结合力的综合性质与复杂结构的关 系,掌握缺陷形成和运动以及结构变化(相变)的规律,从而发 展多功能的复合材料以适应新的需要. (3)研究在极低温,超高压,强磁场,强辐射条件下固体的 性质. (4)表面物理----在研究体内过程的基础上进入了固体表面 (界面)的研究. (5)非晶态物理----在研究晶态的基础上开始进入非晶态的研 究,即非晶体中原子,电子的微观过程.
绪论 (一)固体物理学的研究对象 固体物理是研究固体的结构及其组成粒子(原 子,离子,电子等)之间相互作用与运动规律以阐 明其性能与用途的学科. 固体按结构分类: 体按结构分类: 1,晶体(晶态):规则结构,长程有序 2,非晶体(非晶态):无明确周期性,短程有序 3,准晶体(准晶):同时具有长程准周期性平移 序和晶体学不允许的长程取向对称性
(四)固体物理学的研究方法 固体物理学主要是一门实验性学科.但是, 为了阐明所揭示出来的现象之间的内在的本质联 系,就必须建立和发展关于固体的微观理论,实 验工作与理论工作之间要相互密切配合,以实验 促进理论,以理论指导实验,相辅相成,相得益 彰.
�
(二)固体物理学的发展过程 人们很早注意到晶体具有规则性的几何形状.还发现晶体外形的对称性和其 他物理性质之间有一定联系,因而联想到晶体外形的规则性可能是内部规则性的 反映. 十七世纪C.Huygens试图以椭球堆集的模型来解释方解石的双折射性质和解 理面.十八世纪R.J.Hauy认为方解石晶体是由一些坚实的,相同的,平行六面体 的小"基石"有规则地重复堆集而成的.到十九世纪,费多洛夫,熊夫利,巴罗 等独立地发展了关于晶体微观几何结构的理论系统,为进一步研究晶体机构的规 律提供了理论依据.1912年劳埃首先提出晶体可以作为X射线的衍射光栅.索末 菲发展了固体量子论,费米发展了统计理论. 在这些研究的基础上,逐渐地建立了固体电子态理论(能带论)和晶格动力 学.固体的能带论提出了导电的微观机理,指出了导体和绝缘体的区别,并断定 有一种固体,它们的导电性质介乎两者之间,叫半导体.四十年代末,五十年代 初,以锗,硅为代表的半导体单晶的出现并以此制成了晶体三极管,进而产生了 半导体物理,这标志着固体物理学发展过程的又一次飞跃. 为了适应微波低噪音放大的要求,曾经出现过固体量子放大器(脉泽), 1960年出现的第一具红宝石激光器就是由红宝石脉泽改造而成的. 可以说,固体物理学,尖端技术和其他学科的发展,相互推动,相辅相成的 作用,反映在上述的固体新材料与新元件的发现和使用上.新技术和其他学科的 发展,也为固体物理学提供了空前有利的研究条件.
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

阿伏伽德罗常数英国人吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》（区分电和磁）
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期
电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出经典电子论汤姆逊证明电子的存在爱因斯坦5篇论文道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子-分子论
气体分子运动论牛顿力学、电磁学、统计力学和量子力学的发展为近代固体物理的发展奠定了主要基础
阿伏伽德罗常数盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期
电和磁的研究是分离的伏达发明电堆安培定律
欧姆定律法拉第电磁感应电磁理论赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论汤姆逊证明电子的存在
爱因斯坦5篇论文
道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论1900年普朗克提出电磁波的能量必须以h ν为量子1905年爱因斯坦将普朗克的电磁波能量子的概念提升为光子，用光的波粒二象性解释了光电效应现象，终结了240年关于光的本质的争论1913年波尔根据卢瑟福提出的有核原子模型以及原子光谱规则，给出了原子内部电子的量子理论，1924年德布罗意把波粒二象性推广为所有微观基本粒子也都具备的特性1926年量子力学和量子统计由薛定谔、海森堡、泡利、量子力学
1611年开普勒提出固体结构的对称概念
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
他即兴写了一本书:《六角形的
雪》，通过对六角形雪花的观察，
他得出了对称的观念，并推想到雪
可能是由许多球体紧密堆积而成。

这本书可视为晶体学的开端
约翰尼斯·开普勒（行星定律的创立者）
（Johanns Ke-pler, 1571—1630），杰出的德国天文学家固体物理的早期发展
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部1611年开普勒提出固体结构的对称概念
1669年斯台诺（N. Steno, 1638-1686，地质学与地层学
之父），在观测各种矿物晶体时发现晶体的第一个定律
──晶面夹角守恒定律
丹麦学者斯台诺根据其在动植物生长方面的知识和对石英、赤铁矿这两种天然晶体形貌的研究，于1669年（Prodromus）提出了一个普遍关系，即无论晶面的大小和形状如何，晶体的两个相同的晶面之间夹角总是恒等的。

这一关系即著名的Steno's Law（面角守恒定律）“If a solid body is enclosed on all sides by another solid body, of the two bodies that one first became hard which, in the mutual contact, expresses on its own surface the properties of the other surface.”
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1611年开普勒提出固体结构的对称概念
1669年丹麦人斯登诺（N. Steno, 1638-1686），在观测各种矿物晶体时发现了晶体的第一个定律
──晶面夹角守恒定律
在此之后“晶体Crystal”（希腊语KRYSTALLOS，德语Kristall）一词开始用来指有固定的天然形状的固体19世纪几何晶体学发展起来:
晶体原子论——晶体的空间点阵是由化学原子组成的晶类、点阵、空间群….
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1912年根据劳厄(Max von Laue ，1879-1960)的预言，索末
菲研究组在实验中发现了美丽的衍射图样，一举证实了晶体的点阵结构和X 射线的波动性
Sommerfeld 1868～1951
Laue 1879-1960
Ｘ射线晶体学
1901
1901
Ｘ射线晶体学
当时没有一个科学家想到要把Ｘ射线和几何晶体学这两件几乎同
时出现的重大科学成就联系起来。

人们没有料到，在晶体学、物
理学和化学这三个不同学科领域的接合部，一个新的重大突破正
在酝酿之中……
X射线是电磁波还是粒子流？
1911年，劳厄详细研究了光波通过光栅的衍射理论；当劳厄发现Ｘ射线的波长和晶体中原子间距二者数量级相同之后，他产生了一个非常重要的思想：如果Ｘ射线确实是一种电磁波，如果晶体确实如几何晶体学所揭示的具有空间点阵结构，那么，正如可见光通过光栅时要发生衍射现象一样，Ｘ射线通过晶体时也将发生衍射现象，晶体可作为射线的天然的立体衍射光栅！
Ｘ射线晶体学
于是，索末菲研究组的弗里德里希和克尼平在1912年4月21日以五水合硫酸铜晶体为光栅进行了劳厄推测的衍射实验。

经过多次失败，终于得到了第一张Ｘ射线衍射图，初步证实了劳厄的预见，于1912年5月4日宣布他们实验成功。

“物理学最美的实验”——爱因斯坦
它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体结构的周期性
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1912年根据劳厄(Max von Laue ，1879-1960)的预言，索末
菲研究组在实验中发现了美丽的衍射图样，一举证实了晶体的点阵结构和X 射线的波动性
1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄(Max von Laue ，1879-1960),以表彰他发现了晶体的X 射线衍射
Sommerfeld 1868～1951
Laue 1879-1960
1913年布拉格父子根据小布拉格提出的公式和老布拉格的X射线波谱仪的实验结果，准确测定了晶格常数
和X 射线的波长
1915年诺贝尔物理学奖授
予布拉格父子。

在科学史
上是仅有的一例;小Bragg
获奖时年仅25岁,成为“
最年轻的获奖者”;从得
到成果到获奖所经时间之
短,在历史上也是不多见的。

Henry Bragg
1862－－1942
Lawrence Bragg
1890－－1971
固体物理的早期发展
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
固体物理的早期发展
1927年和1928年
美国的戴维逊和英国的G.P.汤姆逊研究组分别使用反射电子束和薄膜透射电子束发现了晶体的电子衍射花样实验验证了德布罗意关于微观粒子波粒二象性的假设
固体物理是比较晚近发展起来的物理学的分部
1913年布拉格父子根据小布拉格提出的公式和拉平布拉格
的X 射线波谱仪的实验结果，准确测定了晶格常数和X 射线的波长Davisson,1881-1958
为此两人共获1937年的诺贝尔物理学奖
G. P. Thomson
1892～1975
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论
汤姆逊证明电子的存在道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论阿伏伽德罗常数爱因斯坦5篇论文1896年伦琴发现X 射线
1912年-晶体X 射线衍射1927年-实验观测到电子衍射
英国人吉尔伯特发表了
《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》
盖利克发明了
第一台摩擦起电机
静电学研究活跃期电和磁的研究是分离的
伏达发明电堆
安培定律欧姆定律
法拉第电磁感应
电磁理论
赫兹证明电磁波的存在
洛伦兹提出电子论
汤姆逊证明电子的存在道尔顿-原子论
阿伏伽德罗-原子分子论气体分子运动论阿伏伽德罗常数爱因斯坦5篇论文1896年伦琴发现X 射线
1912年-晶体X 射线衍射1927年-实验观测到电子衍射晶体管（1947）
27
固体物理是
电子科学技术的重要基础之一
•电子科学技术领域的应用
–微电子技术
•二极管、晶体管
•集成电路、微电子学
–光电子技术
•光存储(代替软盘、磁带)
•光纤通信(激光代替微波)
•固态照明(LED 代替电灯)•太阳能电池•以固体物理为基础，扩展为凝聚态物理学（研究凝聚态物质的物理学）
为电子科学技术提供源源不断的材料与物理基础最新发展：–纳米科技（量子点、纳米管、石墨烯）–超导材料
–液晶、有机半导体
–……
电子云原子
固体的结合晶格
周期性势场
非晶体
准晶体
晶格的振动
热特性
电子的运动电、磁、光特性
晶格的周期性
如何学习固体物理？
建立起认识物质世界的世界观
-物质世界是“测不准”的、非确定性的、量子化的, 建立起对微观世界的认识方法
-物质世界是相互联系的，学会找出不同条件下影响物质世界的因素，接受各种近似模型
-物质世界是相互作用的，建立起场与物质相互作用的概念
-对物质世界的认识是不断发展的，了解历史脉络，把握材料结构研究前沿
-了解本学科相关主要物质材料的结构、特性。