固體物理黃昆第一章

固體物理黃昆第一章目錄contents引言晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷能帶理論晶體中的元激發(fā)黃昆的理論貢獻(xiàn)01引言固體物理的定義與重要性定義固體物理學(xué)是研究固體物質(zhì)的基本性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的學(xué)科。重要性固體物理學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)學(xué)科之一，為材料科學(xué)、電子學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)等領(lǐng)域提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。黃昆是中國(guó)固體物理學(xué)領(lǐng)域的奠基人之一，他在固體物理學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域做出了卓越的貢獻(xiàn)，包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體振動(dòng)、相變等方面。貢獻(xiàn)黃昆的學(xué)術(shù)成果不僅對(duì)中國(guó)固體物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也對(duì)全球固體物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。他的學(xué)術(shù)思想和方法論對(duì)后來(lái)的科研工作者提供了寶貴的啟示和借鑒。影響黃昆的貢獻(xiàn)與影響02晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷固體物質(zhì)中原子或分子的規(guī)則排列，具有周期性結(jié)構(gòu)。晶體描述晶體原子排列的數(shù)學(xué)模型，由無(wú)數(shù)相同大小的點(diǎn)組成。點(diǎn)陣晶體中原子或分子的排列方式，具有周期性。晶格晶體結(jié)構(gòu)的基本概念形成原因晶體缺陷的形成與溫度、壓力、雜質(zhì)等因素有關(guān)。面缺陷晶體中某一平面上的原子或分子排列出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致該平面上的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。線缺陷晶體中原子或分子的排列出現(xiàn)中斷，形成一條線上的缺陷。完美晶體理想狀態(tài)下，晶體中的原子或分子應(yīng)完全規(guī)則排列。點(diǎn)缺陷晶體中原子或分子的位置出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。晶體缺陷的類(lèi)型與形成光學(xué)性質(zhì)晶體缺陷可以影響導(dǎo)電性能，如電阻率、載流子遷移率等。電學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)機(jī)械性質(zhì)01020403晶體缺陷可以影響硬度、韌性等機(jī)械性質(zhì)。晶體缺陷可以影響光的折射、反射和吸收等性質(zhì)。晶體缺陷可以影響熱導(dǎo)率、熱膨脹等性質(zhì)。晶體缺陷對(duì)物理性質(zhì)的影響03能帶理論能帶由相同能量的電子組成的集合。禁帶能帶之間的能量范圍，表示電子不能存在的狀態(tài)。允帶除了禁帶之外的能帶，表示電子可以存在的狀態(tài)。填充電子在固體中，電子填充到各個(gè)能帶中，形成不同的電子態(tài)。能帶的基本概念金屬01具有部分填充的導(dǎo)帶和空置的價(jià)帶，導(dǎo)帶中的電子可以自由移動(dòng)，形成電流。絕緣體02具有完全填充的價(jià)帶和空置的導(dǎo)帶，價(jià)帶中的電子不能移動(dòng)，因此不導(dǎo)電。半導(dǎo)體03具有半填充的導(dǎo)帶和半填充的價(jià)帶，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的禁帶寬度較小，可以通過(guò)外界作用（如光照射或加熱）激發(fā)電子，使其躍遷到導(dǎo)帶，形成電流。金屬、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)應(yīng)用解釋了金屬、絕緣體和半導(dǎo)體的電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)，預(yù)測(cè)了新材料的性質(zhì)。局限性不能解釋一些復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如超導(dǎo)電性、磁性等。需要引入量子力學(xué)中的其他概念和理論來(lái)解釋這些現(xiàn)象。能帶理論的應(yīng)用與局限性04晶體中的元激發(fā)元激發(fā)的基本概念01元激發(fā)是晶體中微觀粒子（如電子、原子等）的一種集體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，表現(xiàn)為一種振動(dòng)的形式。02元激發(fā)與量子力學(xué)中的粒子不同，它是一種波動(dòng)現(xiàn)象，具有波粒二象性。元激發(fā)是晶體中能量的傳遞和轉(zhuǎn)換機(jī)制，是理解固體物理中許多現(xiàn)象的基礎(chǔ)。03聲子聲子是晶體中原子或分子的振動(dòng)模式，是晶格振動(dòng)的一種量子化表現(xiàn)。聲子具有準(zhǔn)粒子的特性，其能量和動(dòng)量遵循粒子物理的規(guī)律。聲子在固體物理中具有重要的地位，它是熱力學(xué)中熱容量的來(lái)源，也是固體中許多非彈性散射過(guò)程的參與者。光子光子是電磁波的量子化表現(xiàn)，具有無(wú)質(zhì)量的粒子特性。在固體物理中，光子可以與電子、聲子等其他粒子相互作用，產(chǎn)生各種光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)。光子在光學(xué)和光電子學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。極化子極化子是固體中電子與晶格相互作用形成的準(zhǔn)粒子。極化子具有電子的部分質(zhì)量和晶格部分的振動(dòng)特性。極化子的存在對(duì)理解固體中的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)有重要作用，也是鐵電、壓電等晶體材料中重要效應(yīng)的微觀機(jī)制之一。聲子、光子與極化子元激發(fā)的能量與晶體的振動(dòng)頻率或量子數(shù)有關(guān)，可以通過(guò)量子力學(xué)公式計(jì)算。元激發(fā)的壽命取決于其與周?chē)h(huán)境的相互作用，以及能量的耗散機(jī)制。在某些條件下，元激發(fā)的壽命可以很長(zhǎng)，使得它們?cè)谀承┪锢磉^(guò)程中起到關(guān)鍵的作用。例如，在超導(dǎo)材料中，聲子與電子相互作用導(dǎo)致電子配對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。元激發(fā)的能量與壽命05黃昆的理論貢獻(xiàn)黃昆的能帶理論通過(guò)能帶理論，黃昆揭示了電子行為與材料性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，為理解材料的物理性質(zhì)和電子行為提供了重要的理論依據(jù)。揭示了電子行為與材料性質(zhì)的關(guān)系黃昆通過(guò)對(duì)固體中電子的波函數(shù)和能量關(guān)系的深入研究，提出了能帶概念的物理模型，即電子在固體中的行為可以由一系列分立的能帶描述。提出能帶概念的物理模型黃昆不僅提出了能帶的概念，還發(fā)展了能帶的計(jì)算方法，為后來(lái)的能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算提供了重要的理論基礎(chǔ)。發(fā)展了能帶計(jì)算方法黃昆的聲子理論黃昆在聲子理論中，將聲子定義為熱力學(xué)振動(dòng)的量子，這一概念為后來(lái)的聲子研究奠定了基礎(chǔ)。發(fā)展了聲子與電子相互作用的模型黃昆研究了聲子與電子之間的相互作用，提出了相關(guān)的模型，為理解電子在固體中的行為提供了重要的理論支持。揭示了聲子在固體中的傳播特性通過(guò)聲子理論，黃昆揭示了聲子在固體中的傳播特性，包括聲速、衰減等，為理解材料的力學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)提供了重要的理論依據(jù)。提出聲子作為熱力學(xué)振動(dòng)的概念提出極化子的概念黃昆在極化子理論中，提出了極化子的概念，即某些固體中由于晶格振動(dòng)和電子運(yùn)動(dòng)的耦合而形成的元激發(fā)。發(fā)展了極化子的計(jì)算方法黃昆不僅提出了極化子的概念，還發(fā)展了極化子的計(jì)算方法，為后來(lái)的極化子研究提供了重