课程背景:
1.重要性
固体物理学是20世纪物理学发展最快的一门学科,几十年来,以固体物理学的能带理论为基础,科学家在半导体、激光、超导、磁学等现代科学研究方面取得了重大突破,有关研究成果已经迅速转化为生产力,并带动了整个信息科学技术群的高速发展。
2.创新性
固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态,及其相互关系的科学。不断的技术创新和深究的科学探索,促使固体物理研究内涵不断拓展和应用领域日新月异,形成了一系列的内容极丰富、应用极广泛的分支。
3.实用性
固体物理是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科,从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质(主要是物理性质) 的一门基础理论学科。它和普通物理、热力学与统计物理、金属物理、材料科学、特别是量子力学等学科有着密切关系。已经成为材料科学、电子科学与技术、应用物理等许多相关专业的主干课程和选修课程。
课程目标:
(1)通过本课程的学习,使学生了解固体物理学发展的基本情况,以及固体物理学对于近代物理和近代科技的发展起的作用,培养学生的科学素质和科学精神;
(2)了解固体物理所研究的基本内容和固体物理研究前沿领域的概况,培养学生的现代意识和科学远见;
(3)掌握固体物理学的基本概念和基本规律。培养掌握科学知识的方法;
(4) 掌握应用固体物理学理论分析和处理问题的手段和方法,培养科学研究的方法。
设计原则:
围绕我校“双一流”和“211 工程”的办学定位、创业型强校之路的办学理念以及“价值引领、知识拓展、思维训练、能力建构”四位一体的建课理念,通过本课程的学习,学生能实现以下目标:
1、结合课程与日常生活的紧密联系、与前沿学科的交叉融合,能树立科学探究的精神,积极向上进取,养成较强的社会责任感,能够践行社会主义核心价值观。
2、通过这一课程的学习,要求学生了解固体物理学发展的基本情况,培养学生的科学素质和科学精神;要求学生了解固体物理学所研究的基本内容和固体物理学研究前沿领域的概况。
3、掌握晶体结构及其分类;掌握通过X射线衍射分析晶体结构的方法;掌握晶体结合类型以及结合能的计算;掌握晶体的缺陷及其特点;掌握晶格振动的特点以及用声子描述晶格振动的方法;掌握求解晶体能带的几种近似方法;掌握费米能级的概念和特点;掌握晶体热容的模型和计算方法。
4、能够应用固体物理学理论分析和处理电子器件与系统相关工程问题,并能运用固体物理知识解释材料与器件的相关性能,培养掌握科学知识的方法。
1、线上学习部分占总成绩的10%,包括完成课程视频的观看、课堂讨论题和随堂测试题。
2、线下考试部分占总成的50%。
3、作业占总成绩的10%。
4、小组讨论和PPT汇报占总成的5%,微课竞赛占总成绩的10%。
5、课程思政报告占5%。
6、单元测验和课堂小测占10%。
绪论
绪论1
绪论2
第一章
1.1周期性与空间点阵
1.2.1旋转对称性与点群
1.2.2晶系与布拉菲原胞
1.3.1晶列指数
1.3.2晶面指数
1.4密堆积与配位数
1.5.1典型晶体结构①
1.5.2典型晶体结构②
1.5.3 典型的晶体结构-补充
课堂讨论-晶体结构
1.5.4 晶向和晶向指数-补充
1.5.5 致密度
本章节学习过程中存在的问题反馈
科学家的故事-林兰英和中国人第一根硅单晶
Vesta软件的使用
随堂测验-晶体结构
单元测验
随堂测验-致密度
第二章
2.1.1 晶体衍射的发展历程
2.1.2辐射源
2.1.3Bragg定律
2.2.1散射实验的建立
2.2.2倒格子定义
2.3布里渊区
2.4.1晶格的散射波振幅Ⅱ-Laue衍射方程
2.4.2晶格点散射波实验Ⅲ-衍射的等效性
2.5.1影响衍射的因素
2.5.2几何结构因子
2.5.3例题
2.5.4原子结构因子
2.6.1Eward球
2.6.2三种X射线衍射实验方法
课堂讨论
2.6.3其他实验方法
课堂讨论
补充:X射线衍射的方法以及例题
补充:X射线衍射方程
思政故事
课堂讨论-本章节学习过程中遇到的问题反馈
第二章单元测验
第三章
3.6氢键晶体
3.1 补充:两个原子间的相互作用
3.1 补充:晶体的互作用势能
3.7 补充:分子晶体的互作用势能
课堂讨论1
课堂讨论2
课堂练习题
3.8 补充:离子晶体的互作用势能
课堂讨论1
课堂讨论2
3.9 补充:离子晶体的马德隆常数的计算
3.10 离子晶体部分的小结
课堂练习
思政故事
课堂讨论-本章节学习过程中遇到的问题反馈
3.1内聚能
3.2.1惰性气体晶体Ⅰ
3.2.2惰性气体晶体Ⅱ
3.3离子晶体
3.4.1共价晶体Ⅰ
3.4.2共价晶体Ⅱ
3.5金属晶体
第三章单元测验
第四章
4.1.1一维晶格振动Ⅰ
4.1.1一维晶格振动Ⅱ
4.2一维双原子链
4.3长波近似
4.4.1单原子链振动
4.4.2晶格振动性质
4.5声子
4.6 声子谱测量
补充:引言与一维单原子链
补充:一维单原子链的原子振动2
补充:一维双原子链的振动1
补充:一维双原子链的原子振动2
双原子链的格波数目
课堂讨论
随堂测试
补充:三维晶格振动
思政故事-黄昆:他是中国半导体物理学的开创者之一,一生不为名不为利
课堂讨论
延伸拓展-拉曼散射及其应用
单元测验
第五章
5.1 声子比热容
5.2非谐振晶体相互作用
5.3晶格的热传导
补充:声子热容-引言
补充:态密度
补充:模式密度例题
补充:经典理论-杜隆柏替定律
补充:爱因斯坦声子热容理论
补充:德拜热容模型
随堂测试
课堂讨论-本章节学习过程中遇到的问题反馈
第六章
6.1能带论的基本假设
6.2能隙的由来
6.3布洛赫函数
补充-布洛赫的故事
6.4克勒尼希-彭尼模型
6.5中心方程
6.6BZ边界附近的解
6.7固体的导电性质
6.8 紧束缚近似
补充:平面波方法
补充:正交化平面波方法
补充:紧束缚近似补充
补充:电子的速度、加速度和有效质量
补充:半导体、绝缘体和导体的能带
补充-课后延伸阅读-能带理论的应用
补充-延伸阅读-半导体芯片
单元测验
第七章
7.1.1 补充-经典自由理论-德鲁得模型
7.1.1.2 补充-经典自由理论-德鲁得模型2
7.1.2补充-索末菲电子模型1
费米能的计算
电子的热容
7.2.1 功函数与里查孙-德西曼公式
7.2.2 接触电势差的推导
单元测验
课程思政作业
拉曼的故事
课程思政作业
微课竞赛
微课视频软件简介-可选
微课竞赛
高数,大学物理等
教材:固体物理学,黄昆、韩汝琦著
参考书:
固体物理教程,王矜奉,山东大学出版社
陆栋 蒋平 徐至中 编著《固体物理学》
阎守胜著《固体物理学》
[美]C. 基泰尔著的《固体物理导论》中译本(第8版)
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