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| 內容簡介： |
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《固体物理基础》基于“厚基础、宽口径”的人才培养原则，在引入统计物理学和量子力学基本理论基础上，详细介绍能带理论和金属电子论，并在电子层面阐述材料的热、磁、光、电等基本性质的起源，最后介绍固体物理理论在各类新材料中的应用。本书充分融合了凝聚态物理和典型功能材料最近20年的主要研究成果，针对材料类本科生知识结构和培养特点，精心架构了材料与物理之间的桥梁，注重理论与实践结合，突出固体物理的材料特色，有利于提升材料类学生的专业基础理论水平。本书具体内容为：量子力学和统计物理学导论、金属电子论、能带理论、材料的磁性、晶格动力学与材料热性质，以及固体物理理论的典型应用。每章后给出了一定数量的习题，以帮助读者进一步掌握本章的核心内容。每章最后还提供了一些思政阅读材料，讲述固体物理与材料领域的历史故事，以期增强学生的科学精神与家国情怀感。本书可作为高等学校材料类、电子类以及物理类相关专业本科生和研究生的教学用书，也可供相关专业的科研人员参考。
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| 關於作者： |
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秦高梧，东北大学材料学院，院长/教授。1988年9月 ─ 1998年10月 中国东北大学材料专业，本科到博士；1995年03月 ─ 1998 年12月 中国东北大学材料系，助教、讲师；1999年01月 ─ 1999 年05月 英国牛津大学材料系，英国皇*家学会访问学者；1999年06月 ─ 2006 年03月 日本东北大学工学部/产业技术综合研究所，JSPS博士后，客座研究员；2006年03月 ─ 2015 年07月 中国东北大学材料各向异性与织构重点实验室。教授，博士生导师；2015年07月 ─ 至今 中国东北大学材料学院，教授，博士生导师，院长。主要教学经历（授课名称、起止时间、授课对象等）：《磁性物理》，2013-2019年，材料科学与工程专业，《能源与环境材料》，2015-2017年，材料科学与工程专业，功能材料专业《专业概论》，2008-2019年，材料大类本科生《材料史话》，2018-2019年，全校通识选修类课程近5年与本项目相关的教学成果： （1）2015年，《材料史话》荣获“精品视频课”（排名第*二）；（2）2016年，“适应材料技术进步，建设材料全流程知识体系”入选辽宁省教改项目；（3）近三年指导大学生创新创业训练9人，并获得校级及以上奖励。主要研究领域：以计算材料学为辅助手段，以新材料设计与制备为主攻方向，涉及三大研究领域：（1）环境材料与装备（2）传感材料与器件（3）生物材料与植入器械
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| 目錄：
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第1章量子力学和统计物理学导论
1.1微观粒子的运动特征 1
1.2波函数和波动方程 5
1.3薛定谔波动方程 8
1.4力学量和算符 10
1.5自旋和全同粒子 15
1.6氢原子 25
1.7氢分子 34
1.8表象和狄拉克符号 42
1.9统计物理学概要 48
习题 50
思政阅读 51
第2章金属电子论
2.1量子自由电子理论 54
2.2费米分布和费米能 60
2.3玻尔兹曼方程 67
2.4金属电导率 69
2.5霍尔效应和磁阻效应 72
习题 76
思政阅读 77
第3章能带理论
3.1晶体周期结构和周期场中电子 79
3.2近自由电子近似 88
3.3紧束缚近似 95
3.4布里渊区和能带的图示法 99
3.5布洛赫电子的准经典运动 107
3.6能带理论的简单应用 111
习题 123
思政阅读 125
第4章材料的磁性
4.1物质的宏观磁性和磁体热力学 126
4.2原子磁矩 130
4.3电子在磁场中的运动 135
4.4局域电子的抗磁性和顺磁性 140
4.5传导电子的抗磁性和顺磁性 144
4.6铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性 148
4.7交换相互作用 152
4.8巡游电子模型理论和自旋波理论 155
习题 160
思政阅读 161
第5章晶格动力学与材料热性质
5.1声子：晶格振动量子化模型 163
5.2热容的声子描述 172
5.3材料的热容 179
5.4热传导方程 189
5.5固体材料的导热性质 191
5.6材料的热电效应 199
5.7材料的热形变行为 202
习题 207
思政阅读 208
第6章固体物理理论的典型应用
6.1密度泛函理论 210
6.2半导体器件 216
6.3电子跃迁与显示材料 221
6.4衍射原理 227
6.5压电效应 231
6.6磁热效应 236
6.7弹热效应 241
6.8自旋电子器件 244
6.9量子材料 249
6.10固态相变的物理基础 260
思政阅读 263
参考文献 264
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| 內容試閱：
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近年来，随着材料领域的科研和生产从结构型材料向功能型材料的快速转变，材料科学与工程学科已经与物理学科和化学学科深度融合，固体物理已成为新型结构材料和各类功能材料领域的理论基础。材料科学与工程相关专业的人才培养，逐渐注重基于电子理论的固体物理知识的教学。
固体物理学相关的教材，国内外版本均较多。国内最为经典的是黄昆教授于1988年编写出版的《固体物理学》，后续的相关教材多沿用该教材体系，并根据各校的专业特点做了一定的修改与补充。现有各个版本的固体物理学教材一般都是面向物理类专业学生，更侧重于基础物理，理论性较强，其深度不适用于材料类专业的本科生教学。现有的固体物理学教材中所涉及的物质结构、相与相图、晶体缺陷等内容，在材料类专业基础课——《材料科学基础》教材中都有详细介绍，现有的固体物理学教材与材料类专业的结合度存在一定的问题。
基于以上因素，我们编写了这本面向材料类等工科专业学生的教材。本教材共分6章：第1章主要介绍有关量子力学的基本知识，包括描述微观粒子运动状态和规律的波函数以及薛定谔方程；第2章讲述金属电子论，以量子自由电子理论为基础讨论电子气的性质，并给出费米分布和费米能等概念，为第3章的学习奠定基础；第3章讲解能带理论及其应用，从晶体的周期性结构和周期场中的电子运动规律出发，解释布里渊区以及能带的形成，并给出导体、绝缘体和半导体的能带论解释；第4章介绍材料的磁性，主要是在量子理论的基础上解释物质磁性的来源以及物质产生各种磁性的机理；第5章介绍晶格动力学、声子概念以及由晶格振动所决定的晶体热学性质；第6章介绍固体物理理论的典型应用，如密度泛函理论、自旋电子器件、量子材料等。除第6章以外，每章都分别给出了一定数量的习题，有助于读者对相应章节知识和内容的进一步巩固和掌握。此外，每章最后都包含与材料及物理领域相关的思政阅读材料，让读者了解一定的物理学和材料学的发展历史，以培养科学精神。
本教材由东北大学秦高梧、张宪民、李松和孟祥颖四位教授主编，李宗宾教授和杨波副教授参与了第6章部分章节的编著。
本教材可作为高等学校材料类、电子类以及物理类相关专业的本科生和研究生“固体物理学”课程的教学用书。
由于编者们知识水平所限，教材中的失误之处料所难免，敬请专家和读者及时指出，不吝赐教，以期及时修正。
编者
2023年7月
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