固体物理导论（（美） C.基泰尔)第八版全球版）

图书标准信息

• 作者 C.基泰尔 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2022-01
• 版次 2
• ISBN 9787122391889
• 定价 78.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 460页
• 字数 736千字

【内容简介】

本书译自C.基泰尔教授所著《固体物理导论》2018年全球版(即第9版)。在新版中，作者对该书的论述内容和章节安排进行了极其重要的拓展和调整。新版增加了体现研究成果或学术前沿的习题和讨论。全书共分22章，基本上涵盖了现代固体物理学的理论基础和重要课题；比如高温超导物理、整数与分数量子霍尔效应、纳米结构体系的电子输运等。本书从晶体结构、晶格振动和电子运动的理论出发，通过引入各种元激发的模型、概念，系统阐述了固体的热学性质、光学性质、电学性质、磁学性质及力学性质。同时，本书还讨论了非晶固体、点缺陷、位错以及合金等方面的问题。
  本书内容丰富、结构完整、思路清晰、表述深入浅出、学术特色鲜明，是系统性与先进性的完美结合。该书不仅可以作为各大学物理学、材料科学与工程、电子科学与技术、微电子学与集成电路、化学等相关专业的本科生、研究生教材，同时对从事相关专业研究的科技工作者也是一本极好的参考书。

【作者简介】

C.基泰尔 （Charles Kittel）本科阶段在麻省理工学院以及英国剑桥大学卡文迪许实验室学习物理，并在威斯康辛大学获得博士学位。他曾在贝尔实验室固态研究组与约翰·巴丁(John Bardeen)以及威廉·肖克利(William Shockley)一起工作（这两位与沃尔特·布喇顿Walter Brattain因为共同发明了晶体管而获得了1956年的诺贝尔物理学奖）。基泰尔于1951年离开贝尔实验室到伯克利建立了固体物理理论研究组。他的研究领域主要集中于磁学以及半导体物理学。在磁学领域，他发展了铁磁以及反铁磁共振理论以及铁磁畴理论，并拓展了磁极化子布洛赫理论。在半导体物理学领域， 他参与了 一个回旋以及等离子体共振实验并将结果扩展到杂质态理论以及电子空穴液滴凝聚相。

C.基泰尔曾获得三次古根海姆奖学金（Guggenheim fellowships），奥利弗·巴克利 （Oliver Buckley）固体物理奖， 并由于其在物理教学上的杰出贡献获得美国物理教师协会颁发的奥斯特奖章（奥斯特是丹麦物理学家,其因发现电与磁的相互作用而）。C.基泰尔也是美国国家科学院院士以及美国艺术与科学学院院士。

 

【目录】

第1章晶体结构1

1.1原子的周期性阵列2

1.1.1晶格平移矢量3

1.1.2结构基元与晶体结构3

1.1.3原胞4

1.2晶格的基本类型5

1.2.1二维晶格的分类5

1.2.2三维晶格的分类7

1.3晶面指数系统9

1.4简单晶体结构10

1.4.1氯化钠型结构10

1.4.2氯化铯型结构11

1.4.3六角密堆积（hcp）型结构12

1.4.4金刚石型结构13

1.4.5立方硫化锌型结构14

1.5原子结构的直接成像14

1.6非理想晶体结构15

1.6.1无规堆垛和多型性15

1.7晶体结构的有关数据15

小结18

习题18

第2章晶体衍射和倒格子19

2.1晶体衍射19

2.1.1布拉格定律19

2.2散射波振幅21

2.2.1傅里叶分析21

2.2.2倒格矢23

2.2.3衍射条件24

2.2.4劳厄方程25

2.3布里渊区26

2.3.1简单立方晶格的倒格子28

2.3.2体心立方晶格的倒格子28

2.3.3面心立方晶格的倒格子29

2.4结构基元的傅里叶分析30

2.4.1体心立方晶格的结构因子31

2.4.2面心立方晶格的结构因子31

2.4.3原子形状因子32

小结33

习题33

第3章晶体结合与弹性常量36

3.1惰性气体晶体41

3.1.1范德瓦耳斯-伦敦相互作用41

3.1.2排斥相互作用44

3.1.3平衡晶格常量45

3.1.4内聚能46

3.2离子晶体46

3.2.1静电能或马德隆（Madelung）能48

3.2.2马德隆常数的计算49

3.3共价晶体51

3.4金属晶体53

3.5氢键晶体53

3.6原子半径54

3.6.1离子晶体半径54

3.7弹性应变的分析56

3.7.1膨胀57

3.7.2应力分量58

3.8弹性顺度与劲度常量58

3.8.1弹性能密度59

3.8.2立方晶体的弹性劲度常量59

3.8.3体积弹性模量与压缩率60

3.9立方晶体中的弹性波61

3.9.1沿［100］方向的弹性波62

3.9.2沿［110］方向的弹性波62

小结64

习题65

第4章 声子（Ⅰ）：晶格振动67

4.1单原子结构基元情况下的晶格振动67

4.1.1布里渊区69

4.1.2群速70

4.1.3长波极限71

4.1.4从实验出发的力常量的推导71

4.2基元中含有两个原子的情况71

4.3弹性波的量子化74

4.4声子动量75

4.5声子引起的非弹性散射75

小结76

习题77

第5章声子（Ⅱ）：热学性质79

5.1声子比热容79

5.1.1普朗克分布80

5.1.2简正模的计算方法80

5.1.3一维情况下的态密度81

5.1.4三维情况下的态密度83

5.1.5计算态密度的德拜模型83

5.1.6德拜的T3律84

5.1.7计算态密度的爱因斯坦模型85

5.1.8D(ω)的一般表达式87

5.2晶体非谐相互作用88

5.2.1热膨胀89

5.3导热性89

5.3.1声子气的热阻率91

5.3.2倒逆过程92

5.3.3非理想晶格的情况93

习题94

第6章自由电子费米气96

6.1一维情况下的能级97

6.2温度对费米-狄拉克分布的影响99

6.3三维情况下的自由电子气100

6.4电子气的比热容102

6.4.1金属比热容的实验结果105

6.4.2重费米子106

6.5电导率和欧姆定律106

6.5.1金属电阻率的实验结果108

6.5.2倒逆散射109

6.6在磁场中的运动110

6.6.1霍尔效应111

6.7金属的热导率113

6.7.1热导率与电导率之比113

习题113

第7章能带116

7.1近自由电子模型117

7.1.1能隙的由来118

7.1.2能隙的大小119

7.2布洛赫函数120

7.3克勒尼希-彭尼模型120

7.4电子在周期势场中的波动方程122

7.4.1关于布洛赫定理的另一种表述形式124

7.4.2电子的格波动量124

7.4.3关于中心方程的解124

7.4.4倒易空间中的克勒尼希-彭尼模型125

7.4.5空格点近似126

7.4.6在布里渊区边界附近的近似解126

7.5能带中的轨道数目129

7.5.1金属和绝缘体129

小结130

习题130

第8章半导体晶体132

8.1带隙134

8.2运动方程136

8.2.1公式hk=F的物理推导137

8.2.2空穴138

8.2.3有效质量140

8.2.4有效质量的物理基础141

8.2.5半导体中的有效质量142

8.2.6硅和锗144

8.3本征载流子浓度145

8.3.1本征迁移率147

8.4杂质导电性148

8.4.1施主态148

8.4.2受主态150

8.4.3施主和受主的热致电离151

8.5温差电效应151

8.6半金属152

8.7超晶格153

8.7.1布洛赫振子153

8.7.2齐纳隧道效应153

小结154

习题154

第9章费米面和金属156

简约布里渊区图式157

周期布里渊区图式159

9.1费米面的结构159

9.1.1近自由电子的情况160

9.2电子轨道、空穴轨道和开放轨道162

9.3能带的计算164

9.3.1能带计算的紧束缚法164

9.3.2维格纳-赛茨法166

9.3.3内聚能167

9.3.4赝势法168

9.4费米面研究中的实验方法171

9.4.1磁场中的轨道量子化171

9.4.2德哈斯-范阿尔芬效应172

9.4.3极值轨道175

9.4.4铜的费米面175

9.4.5磁击穿177

小结178

习题178

第10章超导电性180

10.1实验结果概述181

10.1.1超导电性的普遍性183

10.1.2磁场导致超导电性的破坏184

10.1.3迈斯纳效应184

10.1.4比热容186

10.1.5能隙187

10.1.6微波及红外性质188

10.1.7同位素效应189

10.2理论研究概述189

10.2.1超导相变热力学189

10.2.2伦敦方程191

10.2.3相干长度193

10.2.4超导电性的BCS理论194

10.2.5BCS基态194

10.2.6超导环内的磁通量子化195

10.2.7持续电流的存在时间197

10.2.8第Ⅱ类超导体197

10.2.9涡旋态198

10.2.10Hc1和Hc2的估算198

10.2.11单粒子隧道效应200

10.2.12约瑟夫森超导体隧道贯穿现象201

10.2.13直流（DC）约瑟夫森效应201

10.2.14交流（AC）约瑟夫森效应202

10.2.15宏观量子相干性203

10.3高温超导体204

小结（CGS）205

习题205

参考文献206

第11章抗磁性与顺磁性207

11.1朗之万抗磁性方程208

11.2单核体系抗磁性的量子理论209

11.3顺磁性210

11.4顺磁性的量子理论210

11.4.1稀土离子212

11.4.2洪德定则212

11.4.3铁族离子213

11.4.4晶体场劈裂214

11.4.5轨道角动量猝灭214

11.4.6光谱劈裂因子216

11.4.7与温度无关的范弗莱克顺磁性216

11.5绝热去磁致冷217

11.5.1核去磁218

11.6传导电子的顺磁磁化率219

小结（CGS）221

习题221

第12章铁磁性与反铁磁性223

12.1铁磁序224

12.1.1居里点和交换积分224

12.1.2饱和磁化强度对温度的依赖关系226

12.1.3零度下的饱和磁化强度227

12.2磁波子229

12.2.1自旋波的量子化231

12.2.2磁波子的热激发231

12.3中子磁散射232

12.4亚铁磁序233

12.4.1亚铁磁体的居里温度及其磁化率234

12.4.2铁石榴石（Iron Garnets）235

12.5反铁磁序235

12.5.1奈尔温度以下的磁化率237

12.5.2反铁磁性磁波子238

12.6铁磁畴239

12.6.1各向异性能240

12.6.2畴间的过渡区域241

12.6.3磁畴的起因242

12.6.4矫顽力和磁滞243

12.7单畴粒子244

12.7.1地磁和生物磁性245

12.7.2磁力显微术245

小结（CGS）246

习题246

第13章磁共振249

13.1核磁共振250

13.1.1运动方程251

13.2谱线宽度255

13.2.1线宽的运动致窄效应255

13.3超精细劈裂257

13.3.1举例：顺磁性点缺陷258

A.卤化碱晶体中的F心258

B.硅中的施主原子259

13.3.2奈特移位（Knight Shift）260

13.4核四极矩共振261

13.5铁磁共振261

13.5.1铁磁共振（FMR）中的形状效应262

13.5.2自旋波共振262

13.6反铁磁共振264

13.7电子顺磁共振265

13.7.1线宽的交换致窄效应265

13.7.2谱线的零场劈裂现象265

13.8微波激射作用的原理265

13.8.1三能级微波激射器266

13.8.2激光器267

小结（CGS）268

习题268

第14章介电体和铁电体270

A.麦克斯韦方程组(Maxwell Equations)271

B.极化强度（Polarization)271

14.1宏观电场272

14.1.1退极化场E1273

14.2原子位置上的局部场275

14.2.1洛伦兹场E2276

14.2.2空腔内诸偶极子的场E3276

14.3介电常量与极化率277

14.3.1电子极化率278

14.3.2电子极化率的经典理论279

14.3.3举例：频率依赖性279

14.4结构相变279

14.5铁电晶体280

14.5.1铁电晶体的分类280

14.6位移相变282

14.6.1软光学声子283

14.6.2相变的朗道（Landau）理论284

14.6.3二级相变285

14.6.4一级相变285

14.6.5反铁电性286

14.6.6铁电畴288

14.6.7压电性288

小结(CGS)290

习题290

第15章等离体子、电磁耦子和极化子293

15.1电子气的介电函数294

15.1.1介电函数的定义294

15.1.2等离体光学294

15.1.3电磁波的色散关系296

15.1.4等离体中的横光学模296

15.1.5金属的紫外透明性297

15.1.6纵等离体振荡297

15.2等离体子（Plasmon）298

15.3静电屏蔽300

15.3.1屏蔽库仑势302

15.3.2赝势分量U(0)302

15.3.3莫特型金属-绝缘体转变303

15.3.4金属中的屏蔽效应和声子304

15.4电磁耦子304

15.4.1LST关系306

15.5电子-电子相互作用309

15.5.1费米液体309

15.5.2电子-电子碰撞310

15.6电子-声子相互作用：极化子311

15.7线型金属的派尔斯失稳性313

小结（CGS）314

习题314

第16章光学过程与激子317

16.1光学反射比318

16.1.1 克拉默斯-克勒尼希关系319

16.1.2数学注释320

16.1.3举例：无碰撞电子气的电导率321

16.1.4电子的带间跃迁321

16.2激子322

16.2.1弗仑克尔激子323

A.卤化碱晶体325

B.分子晶体325

16.2.2弱束缚（莫特-万尼尔）激子326

16.2.3激子凝聚为电子-空穴液滴（EHD）326

16.3晶体中的拉曼效应328

16.3.1利用X射线得到的电子谱329

16.4快粒子在固体中的能量损失330

小结332

习题332

第17章表面与界面物理334

17.1重构和弛豫334

17.2表面晶体学335

17.2.1反射高能电子衍射337

17.3 表面电子结构338

17.3.1  功函数338

17.3.2 热电子发射339

17.3.3表面态339

17.3.4表面上的切向输运340

17.4二维通道情况下的磁致电阻效应341

17.4.1整数量子霍尔效应（IQHE）342

17.4.2真实系统中的IQHE343

17.4.3分数量子霍尔效应（FQHE）344

17.5 p-n结345

17.5.1整流特性346

17.5.2太阳电池和光生伏打型检测器346

17.5.3肖特基势垒346

17.6异质结结构347

17.6.1n-N异质结348

17.7半导体激光器349

17.8发光二极管（LED）350

习题351

第18章纳米结构353

18.1纳米结构的显微成像技术355

18.1.1电子显微技术356

18.1.2 光学显微技术357

18.1.3扫描隧道显微技术358

18.1.4 原子力显微技术359

18.2 一维（1D）系统的电子结构361

18.2.1一维（1D）子带361

18.2.2范霍甫（Van Hove）奇点的光谱技术362

18.2.3一维金属——库仑相互作用和晶格耦合362

18.3一维情况下的电输运365

18.3.1电导量子化和Landauer公式365

18.3.2串联共振隧道效应中的双势垒366

18.3.3非相干相加和欧姆定律368

18.3.4定域化368

18.3.5电压探头及Buttiker-Landauer理论369

18.4零维（0D）系统的电子结构372

18.4.1量子化能级372

18.4.2半导体纳米晶373

18.4.3金属量子点374

18.4.4离散电荷态375

18.5零维（0D）情况下的电输运377

18.5.1库仑振荡377

18.5.2自旋、莫特绝缘体和近藤效应379

18.5.3超导量子点中的库珀对效应380

18.6振动性质和热学性质381

18.6.1量子化振动模381

18.6.2横振动382

18.6.3比热容及热输运383

小结384

习题384

第19章非晶固体387

19.1衍射图样387

19.1.1单原子非晶材料388

19.1.2径向分布函数389

19.1.3透明石英（SiO2）的结构389

19.2玻璃391

19.2.1黏度和原子（分子）的跳迁速率392

19.3非晶铁磁体393

19.4非晶半导体393

19.5非晶固体中的低能激发394

19.5.1比热容的计算394

19.5.2热导率396

19.6纤维光学396

19.6.1瑞利（Rayleigh）衰减397

习题397

第20章点缺陷399

20.1晶格空位399

20.2扩散401

20.2.1金属403

20.3色心403

20.3.1F心404

20.3.2卤化碱晶体中的其他色心404

习题406

第21章位错407

21.1单晶体的剪切强度407

21.1.1滑移408

21.2位错409

21.2.1伯格斯矢量（Burgers Vector）411

21.2.2位错应力场412

21.2.3低角晶界413

21.2.4位错密度415

21.2.5位错增殖和滑移415

21.3合金的强度416

21.4位错与晶体生长418

21.4.1晶须419

21.5材料的硬度420

习题420

第22章合金422

22.1概述422

22.2替代式固溶体——休姆-罗瑟里（Hume-Rothery）定则424

22.3有序-无序转变427

22.3.1有序化的基本理论428

22.4相图430

22.4.1共晶现象430

22.5过渡金属合金431

22.5.1导电性433

22.6近藤效应433

习题435

附录436

附录A反射谱线对温度的依赖关系436

附录B计算格点和的埃瓦尔德方法438

B1.关于偶极子阵列格点和的埃瓦尔德-科尔菲尔德计算方法440

附录C弹性波的量子化：声子440

C1.声子坐标441

C2.产生算符与湮灭算符442

附录D费米-狄拉克分布函数444

附录Edk/dt表达式的推导445

附录F玻尔兹曼输运方程446

F1.粒子扩散447

F2.经典分布447

F3.费米-狄拉克分布449

F4.电导率450

附录G矢势、场动量和规范变换450

G1.拉格朗日运动方程450

G2.哈密顿量的推导451

G3.场动量451

G4.规范变换452

G5.伦敦方程中的规范453

附录H库珀对453

附录I金兹堡-朗道方程455

附录J电子-声子碰撞457

常用数值表460

元素周期表