固体物理学-兰州大学物理学院.doc

《固体物理学》课程教学大纲
一、课程说明
(一)课程名称、所属专业、课程性质、学分;
《固体物理学》是物理学院的主干基础课之一,是针对微电子专业的本科生开设于二年级的第二学期的专业基础课,4个学分,课堂讲授72学时。
(二)课程简介、目标与任务;
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,同时也是微电子专业本科生学****半导体物理学》、《半导体材料》和《固体电子器件》等后续课程的基础。
本课程以点阵及晶体对称性为主线,以周期结构中的波动问题贯穿固体物理的整个教学内容。掌握包括对点阵及晶体对称性的定义、表征和检测,以及在晶体中物质的运动规律。在掌握知识架构的同时,对固体物理中处理多体问题的方法及其局限性有所了解,并了解一些重要概念的实验探测。
(三)先修课程要求,与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接;
先修课程要求:《力学》《量子物理》《热学》《热力学统计物理》
先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接:
《力学》中的处理物体运动的基本规律,尤其是振动与波动内容,是本课程第四章结合周期性晶体结构推演格波性质的基础。
《量子力学》或《量子物理》中的升降算符与谐振子的能量量子化,是提出声子(晶格振动的能量量子)的理论基础。
《量子力学》或《量子物理》中关于散射态的处理,如直角势垒和直角势阱的散射态,是学****电子声子散射和电子杂质散射的理论基础,也是学****电子在周期性势场下行为的基础。
《量子力学》或《量子物理》中关于束缚态的处理,是本课程第八章学****非本征半导体的理论基础。
《原子物理学》或《量子物理》中类氢原子的量子理论基础,原子的壳层结构,电子的自旋,是本课程第三章学****晶体结合的理论基础。
《热力学统计物理》和《热学》的基本原理,气体分子动理论,能量均分定理,内能和热容,平衡态的统计规律,是学****本课程第五章声子热学性质的基础。
《热力学统计物理》和《热学》中近独立粒子的最概然分布,是学****第六章自由电子费米气体的理论基础。
(四)教材与主要参考书。
本课程的教材采用国际上知名的基特尔的《固体物理学导论(第八版)》,此教材已在全球100多个国家和地区的高等院校中采用。本科阶段主要讲授该书的前九章,这部分内容已涵盖了教育部关于本课程的基本要求。课程讲授过程中,每章结束后要为学生上一次****题课,以加深学生对基本物理概论的理解。同时每章都为学生留适量****题供学生选作。
主要参考书:
刘友之《固体物理****题指导书》
黄昆《固体物理学》
Ashcroft/Mermin 《Solide state physics》英文教材
二、课程内容与安排
绪论
晶体结构
原子的周期性阵列
晶格的基本类型
晶面指数系统
简单晶体结构
晶体衍射和倒格子
晶体衍射
散射波振幅
布里渊区
结构基元的傅里叶分析
晶体结合与弹性常量
晶体结合的基本形式
惰性元素晶体(分子晶体)
离子晶体
共价晶体
声子(I):晶格振动
单原子结构基元情况下的晶格振动
基元中含有两个原子的情况
弹性波的量子化
声子动量
声子引起的非弹性散射
声子(II):热学性质
声子比热容
非谐晶体相互作用
导热性
自由电子