Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 物理学概览——固体物理学
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon May 12 21:07:13 2003) , 转信

 固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微
观结构和内部运动同固体的宏观性质的关系的学科。固体的内部结构和运动形式很
复杂，这方面的研究是从晶体开始的，因为晶体的内部结构简单，而且具有明显的
规律性，较易研究。以后进一步研究一切处于凝聚状态的物体的内部结构、内部运
动以及它们和宏观物理性质的关系。这类研究统称为凝聚态物理学。

    固体中电子的运动状态服从量子力学和量子电动力学的规律。在晶体中，原子
(离子、分子)有规则地排列，形成点阵。20世纪初劳厄和法国科学家布拉格父子发
展了 X射线衍射法，用以研究晶体点阵结构。第二次世界大战以后，又发展了中子
衍射法，使晶体点阵结构的实验研究得到了进一步发展。

    在晶体中，原子的外层电子可能具有的能量形成一段一段的能带。电子不可能
具有能带以外的能量值。按电子在能带中不同的填充方式，可以把晶体区别为金属
、绝缘体和半导体。能带理论结合半导体锗和硅的基础研究，高质量的半导体单晶
生长和掺杂技术，为晶体管的产生准备了理论基础。

    电子具有自旋和磁矩，它们和电子在晶体中的轨道运动一起，决定了晶体的磁
学性质，晶体的许多性质(如力学性质、光学性质、电磁性质等)常常不是各向同性
的。作为一个整体的点阵，有大量内部自由度，因此具有大量的集体运动方式，具
有各式各样的元激发。

    晶体的许多性质都和点阵的结构及其各种运动模式密切相关，晶体内部电子的
运动和点阵的运动之间相耦合，也对固体的性质有重要的影响。例如1911年发现的
低温超导现象；1960年发现的超导体的单电子隧道效应。这些效应都和这种不同运
动模式之间的耦合相关。

    晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。处于不同形式点阵的晶体，虽然化
学成分相同，物理性质却可能不同。不同的点阵形式具有不同的能量：在低温时，
点阵处于能量最低的形式；当晶体的内部能量增高，温度升高到一定数值，点阵就
会转变到能量较高的形式。这种转变称为相变，相变会导致晶体物理性质的改变，
相变是重要的物理现象，也是重要的研究课题。

    点阵结构完好无缺的晶体是一种理想的物理状态。实际晶体内部的点阵结构总
会有缺陷：化学成分不会绝对纯，内部会含有杂质。这些缺陷和杂质对固体的物理
性质(包括力学、电学、碰学、发光学等)以及功能材料的技术性能，常常会产生重
要的影响。大规模集成电路的制造工艺中，控制和利用杂质和缺陷是很重要的晶体
的表面性质和界面性质，会对许多物理过程和化学过程产生重要的影响。所有这些
都已成为固体物理研究中的重要领域。

    非晶态固体内部结构的无序性使得对于它们的研究变得更加复杂。非晶态固体
有一些特殊的物理性质，使得它有多方面的应用。这是一个正在发展中的新的研究
有各式各样的元激发。

    晶体的许多性质都和点阵的结构及其各种运动模式密切相关，晶体内部电子的
运动和点阵的运动之间相耦合，也对固体的性质有重要的影响。例如1911年发现的
低温超导现象；1960年发现的超导体的单电子隧道效应。这些效应都和这种不同运
动模式之间的耦合相关。

    晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。处于不同形式点阵的晶体，虽然化
学成分相同，物理性质却可能不同。不同的点阵形式具有不同的能量：在低温时，
点阵处于能量最低的形式；当晶体的内部能量增高，温度升高到一定数值，点阵就
会转变到能量较高的形式。这种转变称为相变，相变会导致晶体物理性质的改变，
相变是重要的物理现象，也是重要的研究课题。

    点阵结构完好无缺的晶体是一种理想的物理状态。实际晶体内部的点阵结构总
会有缺陷：化学成分不会绝对纯，内部会含有杂质。这些缺陷和杂质对固体的物理
性质(包括力学、电学、碰学、发光学等)以及功能材料的技术性能，常常会产生重
要的影响。大规模集成电路的制造工艺中，控制和利用杂质和缺陷是很重要的晶体
的表面性质和界面性质，会对许多物理过程和化学过程产生重要的影响。所有这些
都已成为固体物理研究中的重要领域。

    非晶态固体内部结构的无序性使得对于它们的研究变得更加复杂。非晶态固体
有一些特殊的物理性质，使得它有多方面的应用。这是一个正在发展中的新的研究
有各式各样的元激发。

    晶体的许多性质都和点阵的结构及其各种运动模式密切相关，晶体内部电子的
运动和点阵的运动之间相耦合，也对固体的性质有重要的影响。例如1911年发现的
低温超导现象；1960年发现的超导体的单电子隧道效应。这些效应都和这种不同运
动模式之间的耦合相关。

    晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。处于不同形式点阵的晶体，虽然化
学成分相同，物理性质却可能不同。不同的点阵形式具有不同的能量：在低温时，
点阵处于能量最低的形式；当晶体的内部能量增高，温度升高到一定数值，点阵就
会转变到能量较高的形式。这种转变称为相变，相变会导致晶体物理性质的改变，
相变是重要的物理现象，也是重要的研究课题。

    点阵结构完好无缺的晶体是一种理想的物理状态。实际晶体内部的点阵结构总
会有缺陷：化学成分不会绝对纯，内部会含有杂质。这些缺陷和杂质对固体的物理
性质(包括力学、电学、碰学、发光学等)以及功能材料的技术性能，常常会产生重
要的影响。大规模集成电路的制造工艺中，控制和利用杂质和缺陷是很重要的晶体
的表面性质和界面性质，会对许多物理过程和化学过程产生重要的影响。所有这些
都已成为固体物理研究中的重要领域。

    非晶态固体内部结构的无序性使得对于它们的研究变得更加复杂。非晶态固体
有一些特殊的物理性质，使得它有多方面的应用。这是一个正在发展中的新的研究
领域。

    固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术
迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。其经济影响
和社会影响是革命性的。这种影响甚至在日常生活中也处处可见。固体物理学也是
材料科学的基础。



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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]