目錄
叢書序
前言
第1 章 固體能帶與電子態(tài) 1
1.1 波粒二象性及薛定諤方程 1
1.1.1 電子的波動性和粒子性 1
1.1.2 波函數(shù) 3
1.1.3 薛定諤方程 5
1.2 金屬自由電子的量子理論 7
1.2.1 金屬自由電子的狀態(tài)和能量 8
1.2.2 電子能態(tài)密度 9
1.2.3 費米分布與費米能級 11
1.3 晶體能帶理論基礎概述 12
1.3.1 布洛赫定理及布洛赫波矢 13
1.3.2 近自由電子近似和能帶 17
1.3.3 能帶與原子能級的關系 23
1.3.4 金屬、半導體、絕緣體的能帶理論解釋 25
1.4 表面電子態(tài) 28
1.4.1 表面電子態(tài)的產生及模型 28
1.4.2 金屬和半導體表面態(tài) 31
1.4.3 拓撲材料的表面態(tài) 33
本章小結 35
習題 35
參考文獻 35
第2 章 材料的導電行為 37
2.1 材料的導電性 37
2.1.1 載流子 37
2.1.2 電阻率和電導率 38
2.2 金屬的導電性 39
2.2.1 金屬的導電機理 39
2.2.2 影響金屬導電性的因素 42
2.2.3 固溶體的電阻率 48
2.3 半導體的導電性 51
2.3.1 半導體的晶體結構與電子態(tài) 51
2.3.2 半導體中的雜質和缺陷 56
2.3.3 半導體中的載流子濃度 60
2.3.4 半導體中的載流子輸運 75
2.3.5 半導體中的非平衡載流子 81
2.3.6 pn 結的I-V 特性 85
2.4 離子晶體的導電性 87
2.4.1 離子載流子濃度 87
2.4.2 離子導電機制 88
2.4.3 影響離子導電的因素 93
本章小結 94
習題 94
參考文獻 94
第3 章 介電性能與電介質 96
3.1 電介質及其極化 96
3.1.1 極化現(xiàn)象及其物理量 96
3.1.2 電介質的極化機制 97
3.1.3 宏觀極化強度與微觀極化率關系 101
3.2 交變電場中的電介質 103
3.2.1 復介電常數(shù) 103
3.2.2 介電弛豫和頻率響應 105
3.2.3 介電損耗 107
3.3 鐵電性 109
3.3.1 鐵電體和鐵電疇 109
3.3.2 鐵電體自發(fā)極化的起源 111
3.3.3 鐵電相變 112
3.3.4 多鐵性 114
3.4 鐵電體的物理效應 115
3.4.1 壓電效應 115
3.4.2 熱釋電效應 120
3.4.3 電致伸縮效應 123
本章小結 125
習題 125
參考文獻 125
第4 章 材料的磁學性質 126
4.1 磁學基礎 126
4.1.1 磁性來源 126
4.1.2 磁學基本量 129
4.1.3 磁性分類 130
4.2 交換作用與磁有序 132
4.2.1 交換作用 133
4.2.2 鐵磁性 135
4.2.3 反鐵磁性 136
4.2.4 亞鐵磁性 137
4.3 磁疇結構與技術磁化 138
4.3.1 強磁材料內的各種相互作用能 138
4.3.2 磁疇結構與磁疇壁 141
4.3.3 磁化曲線、技術磁化與磁滯回線 142
4.4 鐵磁材料的動態(tài)磁化 146
4.4.1 動態(tài)磁化的時間效應 147
4.4.2 動態(tài)磁化的復數(shù)磁導率 148
4.4.3 動態(tài)磁化的能量損耗 149
4.5 強磁材料與磁物理效應 151
4.5.1 強磁材料 151
4.5.2 磁物理效應 152
本章小結 157
習題 158
參考文獻 158
第5 章 材料的光學特性 159
5.1 光的基本性質及描述 159
5.1.1 宏觀光學現(xiàn)象 159
5.1.2 光的電磁波描述 160
5.1.3 麥克斯韋方程組簡介 162
5.1.4 電磁場的復數(shù)描述 165
5.1.5 量子光學簡介——光子的概念 166
5.2 光與材料相互作用基礎 167
5.2.1 材料的光學常數(shù) 167
5.2.2 光的吸收與色散 169
5.2.3 薄膜的反射、透射 171
5.2.4 光的散射 173
5.3 各類材料的光學特性 175
5.3.1 晶體光學常數(shù)的各向異性 175
5.3.2 晶體的非線性響應 178
5.3.3 金屬的光學性質 179
5.3.4 半導體的光學性質 181
5.3.5 非晶態(tài)材料的光學性質 184
5.4 材料的發(fā)光 186
5.4.1 黑體輻射 186
5.4.2 發(fā)光與電子躍遷 188
5.4.3 受激輻射與激光 190
5.5 先進光學特性及應用 192
5.5.1 光學超材料 192
5.5.2 光子晶體 195
5.5.3 低維材料的光學性質 198
5.5.4 人工智能與光學 201
本章小結 203
習題 203
參考文獻 204
第6 章 材料的熱學性能 205
6.1 晶格振動 205
6.1.1 簡諧近似和簡正坐標 205
6.1.2 一維單原子鏈與格波 207
6.1.3 晶格振動的量子化與聲子 212
6.2 熱容 213
6.2.1 熱容的基本概念 213
6.2.2 晶體熱容的量子理論 214
6.2.3 不同材料的熱容特性 218
6.2.4 相變對熱容的影響 219
6.3 熱膨脹 220
6.3.1 熱膨脹系數(shù) 221
6.3.2 熱膨脹的微觀機制 222
6.3.3 影響熱膨脹的因素 223
6.4 熱傳導 225
6.4.1 熱傳導的基本概念和規(guī)律 225
6.4.2 熱傳導的微觀機制 227
6.4.3 影響熱傳導的因素 230
6.5 熱穩(wěn)定性 233
6.5.1 熱穩(wěn)定性的定義和表征 233
6.5.2 熱應力 233
6.5.3 抗熱沖擊性能 235
本章小結 238
習題 239
參考文獻 239