hi,小慕
固体物理学
第7次开课
开课时间: 2025年02月16日 ~ 2025年07月09日
学时安排: 每周4学时
进行至第7周,共21周 已有 205 人参加
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课程评价(83)
spContent=固体物理学(solid state physics),是研究固体的物理性质、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们相互关系的学科。属物理学的重要分支,其涉及到力学、热学、声学、电学、磁学和光学等各方面的内容。固体的应用极为广泛,各个时代都有自己特色的固体材料、器件和有关制品。现代固体物理形成于20世纪前40年代,它是先进的微电子、光电子、光子等各项技术和材料科学的基础,其重要性是显然的。 通过本课程的学习有助于学生掌握固体物理的基本概念和基本规律,能建立起鲜明的物理图象,特别强调对物理对象模型的建立和描述,处理各种实际问题的近似方法,注意理论和实际的结合和相互促进。
固体物理学(solid state physics),是研究固体的物理性质、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们相互关系的学科。属物理学的重要分支,其涉及到力学、热学、声学、电学、磁学和光学等各方面的内容。固体的应用极为广泛,各个时代都有自己特色的固体材料、器件和有关制品。现代固体物理形成于20世纪前40年代,它是先进的微电子、光电子、光子等各项技术和材料科学的基础,其重要性是显然的。 通过本课程的学习有助于学生掌握固体物理的基本概念和基本规律,能建立起鲜明的物理图象,特别强调对物理对象模型的建立和描述,处理各种实际问题的近似方法,注意理论和实际的结合和相互促进。
—— 课程团队
课程概述
  • 《固体物理学》是物理学、电子科学与技术、材料物理等相关专业的基础性课程,与实际生活中的材料的物理性质紧密相连。课程通过物理模型的建立和不断修正来应用理论解释物理现象的产生,旨在培养学生严密的逻辑思维能力、分析问题能力,提高专业综合素质。课程 任务是让学生掌握固体物理学的基本规律和基本概念学习处理固体物理学问题的特有方法,为后续课程的学习奠定必要的理论基础,培养学生分析问题和解决问题的综合能力。
  • 《固体物理学》主要研究的是固体的结构及其组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律及其性能和用途的学科。
  • 通过本课程的学习,有助于拓展学生知识的广度与深度,系统掌握固体材料的结构、物理性质及其理论解释。学生通过课程学习,为今后从事材料科学、物理学、电子科学与技术及相关学科领域的工作打下重要的基础。
  • 为了培养学生分析问题解决问题的能力,本课程采用线上线下混合式教学,在教学中要注重学生对于理论的兴趣和自我学习的能力,提高学生的理论思维能力。本课程的特色和亮点体现在:首先,以教师讲授为主,讲授基本的知识与概念,但同时也要尽可能启发学生的思维,调动学生的积极性。其次,注重讨论、研究、问题式教学。要求教师根据教学中的重点、难点设计问题或讨论的话题,组织学生课堂讨论,或课后研究,提交书面总结,然后教师再进行归纳总结。最后,鼓励学生自学。自学不等于放任,自学要与检查、督促、辅导结合起来。
授课目标

通过学习固体物理学的知识体系和思想体系,可以使学生掌握固体物理学的基本概念、基本理论方法和基本技术,了解固体物理学与现代科学技术的关系,为学生学习后续课程打下坚实的基础。同时使他们树立辩证唯物主义世界观,掌握科学研究方法,从而增强学生的科学素质、培养学生的科学思维能力和创新意识。

课程大纲

第一章 晶体的结构

1.1 一些晶格的实例

1.2 晶格的周期性

1.3 晶向、晶面和它们的标志

1.4 倒格子

1.5~1.7 晶体对称性

本章总结

第一章测验

第一章作业

第二章 固体的结合

2.1 离子性结合

2.2 共价结合

2.3 金属性结合

2.4 范德瓦尔斯结合

2.5 元素和化合物晶体结合的规律性

本章总结

第二章测验

第二章作业

第三章 晶格振动和晶体的热学性质

3.3 三维晶格的振动

3.4离子晶体的长光学波

3.5 确定晶格振动谱的实验方法

3.6局域振动

3.7 晶体热容的量子理论

3.8 晶格振动模式密度

3.9 晶格的状态方程和热膨胀

本章总结

3.1 一维单原子链

3.2 一维双原子链 声学波和光学波

第三章测验

第三章作业

第四章 能带理论

4.1 布洛赫定理

4.2 一维周期场中电子运动的近自由电子近似

4.3 三维周期场中电子运动的近自由电子近似

4.5 紧束缚近似—原子轨道线性组合法

4.6 晶体能带的对称性

4.7 能态密度和费米面

本章总结

第四章 测验

第四章 作业

第五章 晶体中电子在电场和磁场中的运动

5.1 准经典运动

5.2 恒定电场作用下电子的运动

5.3 导体、绝缘体和半导体的能带论解释

5.4 在恒定磁场中电子的运动

5.5 回旋共振

5.6 德哈斯-范阿尔芬效应

第五章 总结

第五章 测验

第五章 作业

第六章 金属电子论

6.1费密统计和电子热容量

6.2功函数和接触势差

6.3分布函数和玻耳兹曼方程

6.4驰豫时间近似和电导率公式

6.5各向同性弹性散射和弛豫时间

第六章 测验

第六章 作业

第七章 半导体电子论

7.1半导体的基本能带结构

7.2半导体中的杂质

7.3半导体中电子的费密统计分布

7.4非平衡载流子

7.5 pn结

第七章 测验

第七章 作业

课程思政案例

《固体物理学》课程思政教学案例

思政案例一:魅力晶体

思政案例二:第一个拍X线的中国人

思政案例三:千里江山图的矿物密码

思政案例四:一代宗师 厚德流光——黄昆

思政案例五:中国半导体产业发展史

思政案例六:谢希德的诚与真

思政案例七:晶体管的发明

固体物理学仿真实验及研究性课题

软件学习:第一性原理模拟软件学习相关

仿真实验一:利用Materials Studio软件观察不同晶面指数的面

仿真实验二:利用Materials Studio软件计算Os的结构与性质

仿真实验三:AlAs晶格参数的预测

仿真实验四:利用Materials Studio软件观察晶体结构

仿真实验五:利用Materials Studio软件计算CO分子与Pd(110)晶面的相互作用

仿真实验六:半导体ZnO的能带、态密度与光学性质研究

研究性课题一:高储能MXene基锌离子电容器的研制

研究性课题二:Ti3C2 /TiO2纳米复合材料光催化性能研究

研究性课程三:二维异质结能带调控和光电性质的研究

习题库

第一章 习题

第二章 习题

第三章 习题

第四章 习题

第五章 习题

第六章 习题

第七章 习题

期末试卷 1

期末试卷 2

扩展阅读

扩展阅读一:解析倒格子空间和波矢空间

扩展阅读二:对倒格子第一布里渊区的些许思考

扩展阅读三:晶体材料研究_从体块晶体到微纳米晶体

扩展阅读四:晶体结合能对晶格动力学性质的影响

扩展阅读五:离子电池负极材料:2H-TiP_2单层

扩展阅读六:迄今最小三维晶体管

扩展阅读七:固体物理教学中电子态密度的计算

扩展阅读八:MXene材料的制备及其在锂离子电池负极的研究进展

线上答疑互动交流

前沿知识交流

课内知识巩固

习题讲解

交流互动照片

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预备知识

理论力学、量子力学、热力学与统计物理的相关知识。

参考资料

1. 黄昆 韩汝琦,《固体物理》 高等教育出版社

2. 方俊鑫 陆栋, 《固体物理学》上海科学技术出版社

3. 胡安 章维益,《固体物理学》高等教育出版社

4. 阎守胜,《固体物理基础》(第二版)北京大学出版社

5. 基泰尔,《固体物理导论》化学工业出版社,2009

6. 陆栋,蒋平,徐至中,《固体物理学》上海科学技术出版社,2010

7. C. Kittle, Introduction to Solid state Physics, 7th edition, 1996, John Willey & Sons。

郑州轻工业大学
5 位授课老师
李子炯

李子炯

教授

张腊梅

张腊梅

讲师

孙敏

孙敏

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