固體物理CH0-1 引言 固體物理的基本內(nèi)容及其發(fā)展

1、固體物理學(xué)固體物理學(xué)Solid State Physics2014. Sep 2015 Jan武漢大學(xué)武漢大學(xué) Wuhan University熊 銳 Tel：68754613 (Lab); Email: ; qq號(hào)：號(hào)：1325392691 教教 材材: 固體物理學(xué)固體物理學(xué) 陸棟陸棟 蔣平蔣平 徐至中徐至中參考書(shū)參考書(shū): 1. 固體物理學(xué)固體物理學(xué) 黃 昆 韓汝琦 (西歐) 2. 固體物理基礎(chǔ)固體物理基礎(chǔ) 閻守勝 (北美) 3. 固體物理學(xué)固體物理學(xué) 顧秉林 王喜坤 4. Introduction to Solid State Physics Eighth Edi

2、tion 美 Charles Kittel(UC Berkeley) (西部) 5. Solid State Physics 美 N.W.Ashcroft N.D.Mermin ( Cornel University) (東部) 6. 計(jì)算固體物理學(xué)計(jì)算固體物理學(xué) 鄒憲武 金準(zhǔn)智 習(xí)題集習(xí)題集: 1.固體物理學(xué)習(xí)題解答固體物理學(xué)習(xí)題解答 徐至中 2.固體物理學(xué)習(xí)題指導(dǎo)固體物理學(xué)習(xí)題指導(dǎo) 劉友之 3.固體物理學(xué)概念和習(xí)題指導(dǎo)固體物理學(xué)概念和習(xí)題指導(dǎo) 王嶺奉 學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容:第第0 章章 緒論緒論第一章第一章 全部全部 (習(xí)題與答疑習(xí)題與答疑)第二章第二章 1-4, 5-6(自學(xué)并答題自學(xué)并答題

3、) (習(xí)題與答疑習(xí)題與答疑) (測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)) 第三章第三章 概概 講講第四章第四章 全部全部 (習(xí)題與答疑習(xí)題與答疑) (測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn))第五章第五章 略略第六章第六章 1-3, 4-6 (簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介) (習(xí)題與答疑習(xí)題與答疑)第七章第七章 全部全部 (習(xí)題與答疑習(xí)題與答疑) (考試考試)Wuhan University成績(jī)組成成績(jī)組成:一一. 測(cè)驗(yàn)考試測(cè)驗(yàn)考試 80% 1. 第一、二章第一、二章 測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn) 5-10% 2. 第三、四章第三、四章 測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn) 5-10% 3. 期末全部?jī)?nèi)容考試期末全部?jī)?nèi)容考試 60-70%二二. 平時(shí)平時(shí)behaviors 30-40 % 1. 作業(yè)作業(yè) 10% 2. 互

4、動(dòng)互動(dòng) 10%第第0章章 序論序論n什么是固體物理學(xué)什么是固體物理學(xué)n固體物理學(xué)的特點(diǎn)、基本內(nèi)容固體物理學(xué)的特點(diǎn)、基本內(nèi)容n固體物理學(xué)的發(fā)展固體物理學(xué)的發(fā)展0-1 什么是固體物理學(xué)什么是固體物理學(xué)物理學(xué)是物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)， 基本相互作用基本相互作用 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的科學(xué)。的科學(xué)。固體物理學(xué)固體物理學(xué)什么是物理學(xué)什么是物理學(xué)什么是固體什么是固體一什么是物理學(xué)一什么是物理學(xué) : 是其他自然學(xué)科的基礎(chǔ)；是其他自然學(xué)科的基礎(chǔ)； 是高新技術(shù)革命性源泉；（機(jī)械、電氣、電子與信息）是高新技術(shù)革命性源泉；（機(jī)械、電氣、電子與信息） 從根本上改變了人類(lèi)的宇宙觀、時(shí)空觀從

5、根本上改變了人類(lèi)的宇宙觀、時(shí)空觀（日心說(shuō)、量子論、相對(duì)日心說(shuō)、量子論、相對(duì) 論）促進(jìn)了人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步，改變了人們的物質(zhì)方式、文化論）促進(jìn)了人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步，改變了人們的物質(zhì)方式、文化 方式以及戰(zhàn)爭(zhēng)方式，極大的豐富了人類(lèi)的知識(shí)寶庫(kù)，使人類(lèi)從自方式以及戰(zhàn)爭(zhēng)方式，極大的豐富了人類(lèi)的知識(shí)寶庫(kù)，使人類(lèi)從自 在逐漸走向自為在逐漸走向自為; 是教育與培養(yǎng)現(xiàn)代人才必不可少的基礎(chǔ)學(xué)科是教育與培養(yǎng)現(xiàn)代人才必不可少的基礎(chǔ)學(xué)科,從滿(mǎn)足孩童的好奇心到現(xiàn)代高科技離不開(kāi)其熏陶。從滿(mǎn)足孩童的好奇心到現(xiàn)代高科技離不開(kāi)其熏陶。 （普適教育；科學(xué)家物理學(xué)家）（普適教育；科學(xué)家物理學(xué)家）物理學(xué)的地位物理學(xué)的地位Feymann的

6、話(huà)：的話(huà)： 如果在某一次大如果在某一次大的災(zāi)難中，所有的科的災(zāi)難中，所有的科學(xué)知識(shí)都將被毀滅，學(xué)知識(shí)都將被毀滅，只有一句話(huà)可以傳給只有一句話(huà)可以傳給下一代，那么，怎樣下一代，那么，怎樣的說(shuō)法能夠以最少的的說(shuō)法能夠以最少的詞匯包含最多的信息詞匯包含最多的信息呢？呢？ 我相信那就是：我相信那就是：原子假說(shuō)原子假說(shuō) 即：萬(wàn)物都有原子即：萬(wàn)物都有原子構(gòu)成，原子是一些小粒構(gòu)成，原子是一些小粒子，它們永不停地四下子，它們永不停地四下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們分開(kāi)一個(gè)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們分開(kāi)一個(gè)小距離時(shí)彼此吸引，而小距離時(shí)彼此吸引，而被擠到一堆時(shí)則相互排被擠到一堆時(shí)則相互排斥斥 凝凝 聚聚 體：液、固、中間物（如生命體）體：液、

7、固、中間物（如生命體） 概念概念：處于凝固狀態(tài)下的宏觀物質(zhì)處于凝固狀態(tài)下的宏觀物質(zhì)二二.什么是固體什么是固體氣氣 體：粒子體：粒子離散離散；液、固體：粒子液、固體：粒子凝聚凝聚；液體：粒子離域: shear mode 0 (E/MR fluid)固體：粒子凝固: 運(yùn)動(dòng)形式振動(dòng), 整體有固定的形狀BEC: B-E condensation 微觀、動(dòng)量空間凝聚（超流、超導(dǎo)）微觀、動(dòng)量空間凝聚（超流、超導(dǎo)） 研究固體的研究固體的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)以及組成粒子間以及組成粒子間 相互作用相互作用與與運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科的學(xué)科 Solid State Physics 三三 什么是固體物理學(xué)什么是固體物理學(xué)凝聚態(tài)物

8、理凝聚態(tài)物理:Condensed Matter Physics1概念：概念：2 2內(nèi)容內(nèi)容 三要素三要素A.A.結(jié)構(gòu)：（基本點(diǎn)結(jié)構(gòu)：（基本點(diǎn) 宏觀宏觀大量離子、原子、分子）大量離子、原子、分子）固體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為三類(lèi)：固體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為三類(lèi)： 晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體如何組成？如何組成？第一、二章第一、二章晶晶 體：體：粒子按粒子按一定規(guī)則周期有序一定規(guī)則周期有序排列的固體，有一定熔點(diǎn)排列的固體，有一定熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：平移對(duì)稱(chēng)性旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性平移對(duì)稱(chēng)性旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性且二者自洽且二者自洽 單晶：?jiǎn)尉В赫麎K固體中粒子均是規(guī)則，周期排列。整塊固體中粒子均是規(guī)則，周

9、期排列。 多晶：多晶：由大量微小單晶粒組成。每個(gè)晶粒內(nèi)粒子規(guī)則排列。由大量微小單晶粒組成。每個(gè)晶粒內(nèi)粒子規(guī)則排列。 而各個(gè)晶粒間粒子排列取向不同。而各個(gè)晶粒間粒子排列取向不同。 （如：金屬、非金屬、陶瓷）（如：金屬、非金屬、陶瓷）準(zhǔn)晶體：準(zhǔn)晶體：粒子排列，無(wú)晶體周期平移不變性，但粒子排列，無(wú)晶體周期平移不變性，但有某些取向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性有某些取向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性非晶體：非晶體：粒子排列粒子排列無(wú)序或僅有短程序無(wú)序或僅有短程序（12個(gè)原子尺度），無(wú)固定熔個(gè)原子尺度），無(wú)固定熔 點(diǎn)。（如：玻璃、塑料等諸多有機(jī)物）點(diǎn)。（如：玻璃、塑料等諸多有機(jī)物）：以后不作特別說(shuō)明，本書(shū)所說(shuō)：以后不作特別說(shuō)明，本書(shū)所說(shuō)“固體

10、固體”指指“完整的單晶體。完整的單晶體。NaCl structureCrystalaLiH4.08 MgO4.20MnO4.43NaCl5.63AgBr5.77PbS5.92KCl6.29KBr6.59aDiamond crystalQ-1,2 CDW crystals Spin ladder compound polycrystalline起源起源：電磁相互作用：電磁相互作用 各原子最外層電子間，或它們各原子最外層電子間，或它們 與帶電離子間相互作用與帶電離子間相互作用形式形式：吸引：異性電荷：吸引：異性電荷 排斥：同性電荷排斥：同性電荷 P Pauli原理（量子力學(xué)）原理（量子力學(xué)）分類(lèi)分

11、類(lèi)：離子、原子（共價(jià)）、金屬、分子、氫鍵等：離子、原子（共價(jià)）、金屬、分子、氫鍵等B.相互作用（相互作用（第三章第三章）本征本征（基礎(chǔ)）基礎(chǔ)）: : 晶格運(yùn)動(dòng)晶格運(yùn)動(dòng)( ( 第四章第四章): ): 振動(dòng)與波動(dòng)振動(dòng)與波動(dòng) 電子運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)( (第六、第六、 七章七章) ) 導(dǎo)體導(dǎo)體 自由遷移自由遷移 非導(dǎo)體非導(dǎo)體 束縛運(yùn)動(dòng)束縛運(yùn)動(dòng) 對(duì)外場(chǎng)的響應(yīng)（對(duì)外場(chǎng)的響應(yīng)（應(yīng)用應(yīng)用) ): : ( (第八第八 十三章十三章) ) 固體的力、熱、電、磁、光性質(zhì)及規(guī)律固體的力、熱、電、磁、光性質(zhì)及規(guī)律“More is different”- P.W. AndersonC.運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律02 固體物理學(xué)的內(nèi)容、特

12、點(diǎn)、地位固體物理學(xué)的內(nèi)容、特點(diǎn)、地位一一.基本內(nèi)容基本內(nèi)容晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 第一、二、五章第一、二、五章晶體相互作用晶體相互作用: : 第三章第三章晶格動(dòng)力學(xué)：晶格動(dòng)力學(xué)： 第四章第四章 離子的運(yùn)動(dòng)離子的運(yùn)動(dòng)固體電子論：固體電子論： 第六、七章第六、七章 核外價(jià)電子運(yùn)動(dòng)核外價(jià)電子運(yùn)動(dòng) 固體物理專(zhuān)題：固體物理專(zhuān)題： 第八第八 十三章十三章 電電( (導(dǎo)電、半導(dǎo)、導(dǎo)電、半導(dǎo)、 超導(dǎo)、介電超導(dǎo)、介電) )、磁、光、表面等、磁、光、表面等二二. 基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)1. 典型的多體問(wèn)題典型的多體問(wèn)題 一個(gè)系統(tǒng)一般粒子數(shù)目：一個(gè)系統(tǒng)一般粒子數(shù)目： 1029個(gè)個(gè)/1cm3 （NA1023個(gè)）個(gè)）粒子本身：

13、微觀粒子本身：微觀量子力學(xué)、量子場(chǎng)論量子力學(xué)、量子場(chǎng)論大量粒子：宏觀大量粒子：宏觀統(tǒng)計(jì)物理學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)“More is different”- P.W. Anderson2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：排列的排列的規(guī)則性規(guī)則性周期性（平移不變）周期性（平移不變） 付氏變換（實(shí)空間付氏變換（實(shí)空間 波矢（倒）空間）波矢（倒）空間）對(duì)稱(chēng)性（平移與旋轉(zhuǎn)不變）對(duì)稱(chēng)性（平移與旋轉(zhuǎn)不變）群論群論 固體物理學(xué)整個(gè)體系（范氏）建立的核心固體物理學(xué)整個(gè)體系（范氏）建立的核心 固體物理固體物理: : 要結(jié)合要結(jié)合“物物”來(lái)研究來(lái)研究“理理” 結(jié)構(gòu)問(wèn)題在固體物理占有相當(dāng)比重（約為結(jié)構(gòu)問(wèn)題在固體物理占有相當(dāng)比重（約為1/4-

14、1/51/4-1/5） 超導(dǎo)：結(jié)構(gòu)超導(dǎo)：結(jié)構(gòu)相互作用相互作用解釋其超導(dǎo)性？解釋其超導(dǎo)性？ C C：金剛石、石墨、：金剛石、石墨、C60C60，碳管，碳管 力、電磁學(xué)力、電磁學(xué): : 簡(jiǎn)化抽象簡(jiǎn)化抽象“物物”質(zhì)點(diǎn)、剛體等質(zhì)點(diǎn)、剛體等, , 重點(diǎn)講重點(diǎn)講“理理”P(pán)olymorphisms: CarbonDiamondGraphiteNano Carbon Tube Fullerene富勒烯：任何多種如籠子狀、空心的分子，由六角形或五角形的原子組成，尤其指形成鉆石和寶石后的碳為第三形式的碳三三.地位地位其它物理學(xué)科關(guān)系其它物理學(xué)科關(guān)系 1. 既是應(yīng)用學(xué)科既是應(yīng)用學(xué)科 以以“普物普物”“理物理物”為基

15、礎(chǔ)，將其應(yīng)用到固體中為基礎(chǔ)，將其應(yīng)用到固體中 即結(jié)合即結(jié)合“固體固體”這個(gè)這個(gè)“物物”來(lái)應(yīng)用上面的來(lái)應(yīng)用上面的“理理” 2. 又是基礎(chǔ)學(xué)科又是基礎(chǔ)學(xué)科 討論固體一般性質(zhì)討論固體一般性質(zhì)是金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)、材料物理、超導(dǎo)等物理是金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)、材料物理、超導(dǎo)等物理“基礎(chǔ)基礎(chǔ)”。 3. “普通普通”固體物理學(xué)固體物理學(xué) “普物普物” 呈述典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈述典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 總結(jié)基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (歸納歸納法法) “理物理物” 應(yīng)用已有規(guī)律應(yīng)用已有規(guī)律“理論理論”: 解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐 (演繹演繹法法)金屬金屬 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 超導(dǎo)體超導(dǎo)體 電介電介

16、質(zhì)質(zhì) 磁性材料磁性材料 光學(xué)材料光學(xué)材料四大力學(xué)四大力學(xué)固體物理固體物理03 固體物理學(xué)的發(fā)展固體物理學(xué)的發(fā)展一一. 體系（范氏）建立以前體系（范氏）建立以前 （1720世紀(jì) 20年代前）晶體宏觀幾何形態(tài)發(fā)現(xiàn)與小結(jié)晶體宏觀幾何形態(tài)發(fā)現(xiàn)與小結(jié)晶體微觀結(jié)構(gòu)特征猜想晶體微觀結(jié)構(gòu)特征猜想晶體宏觀物理性質(zhì)（熱、電、磁）等經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)晶體宏觀物理性質(zhì)（熱、電、磁）等經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的發(fā)現(xiàn) 以物理學(xué)輝煌成果為基礎(chǔ)以物理學(xué)輝煌成果為基礎(chǔ)二二. 建立過(guò)程（建立過(guò)程（2030s 年代）年代） 實(shí)驗(yàn)上實(shí)驗(yàn)上：X-ray、電子衍射、電子衍射 微觀結(jié)構(gòu)的直接測(cè)定微觀結(jié)構(gòu)的直接測(cè)定“晶體學(xué)晶體學(xué)” 理論上理論上：量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)

17、物理、群論：量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、群論晶格動(dòng)力學(xué)、電子能帶論晶格動(dòng)力學(xué)、電子能帶論 標(biāo)志著固體物理學(xué)體系的建立標(biāo)志著固體物理學(xué)體系的建立獨(dú)立為一門(mén)學(xué)科獨(dú)立為一門(mén)學(xué)科1940年，德國(guó)年，德國(guó)Seitz:第一本系統(tǒng)的固體物理學(xué)書(shū)第一本系統(tǒng)的固體物理學(xué)書(shū) “modern theory of solid state”三三. 大發(fā)展時(shí)期（大發(fā)展時(shí)期（50-70s） 1. 大批新型合金（大批新型合金（Ti，V，Nb）制備）制備 耐高溫、高壓、輻射材料耐高溫、高壓、輻射材料航空、航天、原子能工業(yè)航空、航天、原子能工業(yè) “金屬物理學(xué)金屬物理學(xué)” 2. 半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)（半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)（50s） 能帶論能帶論半導(dǎo)體半導(dǎo)

18、體晶體管晶體管集成電路集成電路 （電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自控、計(jì)算機(jī)）（電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自控、計(jì)算機(jī)）信息時(shí)代信息時(shí)代 “半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué)” 3. 超導(dǎo)理論解釋?zhuān)ǔ瑢?dǎo)理論解釋?zhuān)˙CS理論、理論、Nobel Price） “超導(dǎo)物理學(xué)超導(dǎo)物理學(xué)” 4. 大批功能晶體與陶瓷大批功能晶體與陶瓷(BaTiO3,PZT,LiNbO3)的開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā) “電介質(zhì)物理學(xué)電介質(zhì)物理學(xué)” 5. 各種磁性材料的發(fā)現(xiàn)各種磁性材料的發(fā)現(xiàn) “鐵磁性物理學(xué)鐵磁性物理學(xué)” 以固體物理學(xué)為基礎(chǔ)各個(gè)分支學(xué)科的建立以固體物理學(xué)為基礎(chǔ)各個(gè)分支學(xué)科的建立四四. 當(dāng)代固體物理學(xué)的發(fā)展（特點(diǎn)、成就與拓展）當(dāng)代固體物理學(xué)的發(fā)展（特點(diǎn)

19、、成就與拓展） 1) 研究對(duì)象的多樣化、復(fù)雜化研究對(duì)象的多樣化、復(fù)雜化 （由簡(jiǎn)單（由簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜及及特殊特殊的體系）的體系） 復(fù)雜復(fù)雜：結(jié)構(gòu)上，晶體：結(jié)構(gòu)上，晶體非晶體、準(zhǔn)晶；非晶體、準(zhǔn)晶； 過(guò)程（規(guī)律）：非平衡、非線(xiàn)性過(guò)程（規(guī)律）：非平衡、非線(xiàn)性 特殊特殊：體材：體材表面、界面、表面、界面、film、低維、低維、Nano材料（零維）材料（零維） 2) 多種現(xiàn)代及極端條件的應(yīng)用多種現(xiàn)代及極端條件的應(yīng)用 超高、低溫、低壓、強(qiáng)激光、磁共振、電子束、粒子束技術(shù)、超高、低溫、低壓、強(qiáng)激光、磁共振、電子束、粒子束技術(shù)、 同步輻射、中子衍射同步輻射、中子衍射 例如：例如： a) MBE：超晶格：超晶格量子

20、阱激光器量子阱激光器 b) 同步輻射光（同步輻射光（Xray、紫外光）、紫外光）高分辨高分辨超晶格超晶格 1. 特點(diǎn)特點(diǎn)3) 理論研究的深入理論研究的深入 重正化群方法引入重正化群方法引入相變理論（相變理論（Wilson） 自相似、自組織、混沌方法引入自相似、自組織、混沌方法引入非平衡、非線(xiàn)性問(wèn)題非平衡、非線(xiàn)性問(wèn)題 fractal幾何：分?jǐn)?shù)維空間幾何：分?jǐn)?shù)維空間4) 與計(jì)算物理之間密切聯(lián)系與計(jì)算物理之間密切聯(lián)系 計(jì)算機(jī)的發(fā)展將原來(lái)理論研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析推向嶄新階段。計(jì)算機(jī)的發(fā)展將原來(lái)理論研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析推向嶄新階段。 N4C3超硬材料超硬材料5) 與其它學(xué)科相互交叉、滲透、互相促進(jìn)、共同

21、發(fā)展與其它學(xué)科相互交叉、滲透、互相促進(jìn)、共同發(fā)展 微電子學(xué)、材料科學(xué)、激光物理與技術(shù)、化學(xué)、計(jì)算物理、微電子學(xué)、材料科學(xué)、激光物理與技術(shù)、化學(xué)、計(jì)算物理、 能源科學(xué)等能源科學(xué)等A. 實(shí)驗(yàn)上的成就實(shí)驗(yàn)上的成就 聚乙炔聚乙炔(CH)x等導(dǎo)電聚合物等導(dǎo)電聚合物 新型高分子導(dǎo)電材料：原料豐富，制備簡(jiǎn)便，具有可塑性 摻雜可得到：絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體超導(dǎo)體 準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn) 量子量子Hall effect （整數(shù)、分?jǐn)?shù)）（整數(shù)、分?jǐn)?shù)） Integer Hall effect（IE）80年，K.V.Klitzing：金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管反型層 1.5K，18.9Tesla 85年 Nobel prize

22、 Fraction Hall effect（FE）82年實(shí)驗(yàn)(Bell Lab)，83年理論 GaAsAlxGaAs異質(zhì)結(jié)表面上 0.5K，250T 98年 Nobel prize 2. 成就與發(fā)展成就與發(fā)展 高高Tc氧化物超導(dǎo)體氧化物超導(dǎo)體 86年，Muller，Bednorz，IBM Lab Tc 129K 在Mott絕緣體中（氧化物Ceramic） 強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)使對(duì)超導(dǎo)及固體物理認(rèn)識(shí)更深入 C60、C70等新材料的發(fā)展等新材料的發(fā)展 是C的第三種Stable state （金剛石、石墨） 球、管團(tuán)簇 GMR與與CMR（cosmic） 金屬顆粒膜 GMR 20-30% 金屬多層膜 Fr/Cr

23、 GMR 20-30% 金屬氧化物 LaCaMnO CMR 102106 納米（納米（Nanometer）材料）材料 1102nm 宏觀尺度的量子效應(yīng) AB effect 與周期性變化 電導(dǎo)的量子化：庫(kù)倫阻塞 正常金屬介觀B. 理論上的進(jìn)展理論上的進(jìn)展 對(duì)稱(chēng)破缺相變理論 強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)氧化物電子學(xué) 納米材料介觀物理學(xué) 新的學(xué)科分支： 團(tuán)簇物理學(xué)、表面物理、低維物理等3.拓展拓展凝固凝聚基于：對(duì)固體的完全了解要涉及到液體 物質(zhì)中有一些本身具有兩相性 （soft condensed matter）區(qū)別： 核心概念不同： 固體： 對(duì)稱(chēng)性波 凝聚體：對(duì)稱(chēng)破缺元激發(fā)準(zhǔn)粒子等概括三個(gè)發(fā)展方向及三個(gè)當(dāng)代具有

24、生命力的根源馮端（物理）(2001.5)03 固體物理學(xué)固體物理學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用舉例在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用舉例 High Tech 微電子、光電子、氧化物電子、超導(dǎo)電子產(chǎn)業(yè)微電子、光電子、氧化物電子、超導(dǎo)電子產(chǎn)業(yè): 器件器件: : 核心競(jìng)爭(zhēng)力與原始創(chuàng)新核心競(jìng)爭(zhēng)力與原始創(chuàng)新 系統(tǒng)系統(tǒng): : 例例 PC: CPU-Intel, AMD 整機(jī)整機(jī)-Dell, HP, IBM, 聯(lián)想，臺(tái)灣聯(lián)想，臺(tái)灣培養(yǎng)具有原創(chuàng)能力的設(shè)計(jì)師與培養(yǎng)具有原創(chuàng)能力的設(shè)計(jì)師與Engineer!電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè): “四電子四電子”器件器件: : 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) ( design)微電子微電子: transi

25、stor IC-chip, device, EDA 光電子光電子: SQWL (semiconductor quantum well laser ) LED (light emission diode) 太陽(yáng)能電池、發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池、發(fā)電機(jī) 氧化物電子：氣敏、電敏、光敏傳感器氧化物電子：氣敏、電敏、光敏傳感器. 超導(dǎo)電子：超導(dǎo)電子：SQUIDHow? Or Why? 器件設(shè)計(jì)與固體物理學(xué)器件設(shè)計(jì)與固體物理學(xué): 微電子學(xué)微電子學(xué) 元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體 Si,Ge 光電子學(xué)光電子學(xué) 化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體 InP. GaAs GaN 氧化物電子學(xué)氧化物電子學(xué) 鐵電絕緣體等鐵電絕緣體等 BaTiO

26、3, 超導(dǎo)電子學(xué)超導(dǎo)電子學(xué) 超導(dǎo)體超導(dǎo)體 PbNb, YBa2Cu3O7- 自旋電子學(xué)自旋電子學(xué) AMR,GMR, TMR, CMR固固體體SQWMQWLED發(fā)光管結(jié)構(gòu)圖發(fā)光管結(jié)構(gòu)圖Pnn470 nm 藍(lán)光二極管LED結(jié)構(gòu)問(wèn)題問(wèn)題- u Why 能發(fā)藍(lán)光能發(fā)藍(lán)光?u why 需要幾層不同需要幾層不同成分的成分的 GaN?u不同層的厚度如何不同層的厚度如何確定確定?AlGaN/GaN -HEMT結(jié)構(gòu) (high electron mobility transistor)問(wèn)題問(wèn)題- why 需要幾層不同成分的需要幾層不同成分的 AlGaN, GaN, Sappire? 不同層的厚度如何確定不同層的

27、厚度如何確定?Semiconductor Laser原原 理理: :級(jí)聯(lián)級(jí)聯(lián)熱電發(fā)電（熱電發(fā)電（Seebeck 效應(yīng)）效應(yīng)）ZT=2S T/ How S, ; TiO2的光催化的光催化Drawback of TiO2 for photocatalysis Its band-gap is 3.0-3.2eV, only less than 5% fraction of the solar spectrum is absorbed( (紫外部分紫外部分) )紫外光紫外光可可見(jiàn)見(jiàn)光光紅紅外光外光波波長(zhǎng)長(zhǎng)(nm)380nm780nm太太陽(yáng)陽(yáng)光光光光譜譜光的量光的量（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）uA. Fert an

28、d P. Grunberg 發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)u發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)的三個(gè)重要意義發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)的三個(gè)重要意義 導(dǎo)致磁存儲(chǔ)與磁傳感技術(shù)的革命導(dǎo)致磁存儲(chǔ)與磁傳感技術(shù)的革命誘導(dǎo)出一門(mén)新的學(xué)科誘導(dǎo)出一門(mén)新的學(xué)科- -自旋自旋( (磁磁) )電子學(xué)電子學(xué)( (spintronics) ) 納米技術(shù)的第一個(gè)重要的實(shí)際應(yīng)用納米技術(shù)的第一個(gè)重要的實(shí)際應(yīng)用Nobel Prize in Physics 2007 Giant Magnetoresistance Giant Magnetoresistance - A. Fert and P. Grunberg FeCrj3nm0.9nmsuperlatticeA.Fert: PRL61(1988)2472 4.2K0H 室溫室溫: MR=17%Born: 1938, two children 1962: 巴黎高師: 物理與數(shù)學(xué) 雙學(xué)士 (五年)1963: 南巴黎大學(xué) 碩士 NMR of hydrogen absorbed by palladium “1970:南巴黎大學(xué) 博士 Transport properties of nickel et iron 1962-1964 : Assistant at Universit de Grenoble ( 1