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综览1

0.1 物质世界的层次化1

0.1.1 20世纪的物理学1

0.1.2 简单性与复杂性4

0.1.3 层展现象5

0.2 凝聚态物理学的范围8

0.2.1 理论方法：量子力学与经典物理9

0.2.2 凝聚现象10

0.2.3 有序化11

0.3 凝聚态物理学的历史透视与概念框架13

0.3.1 固体物理学的范式14

0.3.2 键与能带——从单电子近似走向关联电子态16

0.3.3 合作现象及其它18

0.3.4 凝聚态物理学的范式19

参考文献24

第一编 凝聚物质的结构29

第一章 结构的对称性29

1.1 关于对称性的基本概念29

1.1.1 寸称及对称操作29

1.1.2 对称元素的组合定理32

1.1.3 对称群34

1.1.4 对称群的表示35

1.2.1 对称轴的组合规则37

1.2.2 循环群与二面体群37

1.2 有限结构与点群37

1.2.3 正多面体与立方点群38

1.3 周期结构和空间群41

1.3.1 周期结构和晶格42

1.3.2 Bravais格43

1.3.3 空间群45

1.3.4 晶体结构的描述47

1.4 物质结构和其Fourier变换47

1.4.1 普遍情形47

1.4.2 倒格49

1.4.3 周期结构的Fourier变换50

1.5.2 色群51

1.5.1 高维空间群51

1.5 广义对称性51

1.5.3 倒空间的对称性53

1.5.4 对称性的其它推广53

参考文献54

第二章 晶态结构及其构筑原理55

2.1 堆积结构与相关问题55

2.1.1 二维空间的拼砌、堆积和覆盖55

2.1.2 三维空间的堆积和覆盖57

2.1.3 结构中的空隙和相关问题58

2.2 键连结构和相关问题62

2.2.1 键连结构62

2.2.2 氧化物的结构63

2.2.3 结构族64

2.3 曲面与曲率66

2.3.1 曲面的曲率66

2.3.2 Euler公式与Gauss-Bonnet公式67

2.3.3 曲面概述68

2.3.4 Fuller烯和相关的结构70

2.4 准周期结构72

2.4.1 无理数与准周期函数73

2.4.2 一维准周期结构73

2.4.3 二维周期结构的投影75

2.4.4 二维准周期结构77

2.4.6 基本概念的讨论80

2.4.5 三维准周期结构80

参考文献83

第三章 晶态之外85

3.1 合金与取代无序85

3.1.1 有序与无序的合金85

3.1.2 分布函数与关联函数87

3.2 液体与玻璃88

3.2.1 概述88

3.2.2 统计描述90

3.2.3 非晶态的结构模型93

3.3 液晶96

3.3.1 概述96

3.3.2 向列相和胆甾相96

3.3.3 近晶相和柱状相99

3.3.4 溶致液晶及其它100

3.4 聚合物101

3.4.1 结构和构型101

3.4.2 无规线团与溶胀线团104

3.4.3 单链的关联函数及其实验测定106

3.4.4 有序与部分有序结构108

3.5 生物聚合物110

3.5.1 核酸的结构110

3.5.2 蛋白质的结构110

3.5.3 信息与结构113

参考文献114

4.1.1 结构层次与多层次结构115

4.1 复相结构115

第四章 非均质结构115

4.1.2 非均质材料的微结构特征118

4.1.3 有效媒质近似：二相合金微结构与物性关联问题处理实例122

4.2 结构的几何相变：逾渗123

4.2.1 键逾渗与座逾渗123

4.2.2 逾渗理论概述124

4.2.3 逾渗的实例126

4.3 分形127

4.3.1 理想分形与分形维数128

4.3.2 实际的分形129

4.3.3 自仿射分形131

4.3.4 多重分形的基本概念133

参考文献135

第二编 各种物质结构中波的行为139

第五章 周期和准周期结构中波的传播139

5.1 波传播概念的统一性139

5.1.1 波方程和周期势139

5.1.2 Bloch波140

5.1.3 经典波研究的复兴142

5.2 晶体中的电子143

5.2.1 自由电子气模型143

5.2.2 近自由电子模型144

5.2.3 紧束缚电子模型146

5.2.4 超晶格的Kronig-Penney模型148

5.2.5 态密度和维度性150

5.3 格波与弹性波151

5.3.1 格波的色散关系152

5.3.2 格波的频谱154

5.3.3 周期复合介质中的弹性波——声子晶体156

5.4 周期结构中的电磁波157

5.4.1 层状周期介质中的光子带隙157

5.4.2 X射线动力学衍射159

5.4.3 光子晶体的能隙163

5.4.4 非线性光学晶体的准相位匹配166

5.5 准周期结构中的波169

5.5.1 一维准晶的电子能谱和波函数169

5.5.2 人工Fibonacci结构中波的透射171

5.5.3 实际准晶的赝能隙173

参考文献175

第六章 Bloch电子动力学177

6.1 能带电子的基本性质177

6.1.1 电子速度和有效质量177

6.1.2 金属和非金属179

6.1.3 空穴181

6.1.4 金属中电子的比热182

6.2 电场中电子的运动183

6.2.1 Bloch振荡183

6.2.2 负微分电阻185

6.2.3 Wannier-Stark梯186

6.3 磁场中电子的运动189

6.3.1 回旋共振189

6.3.2 Landau量子化191

6.3.3 de Haas-van Alphen效应195

6.3.4 传导电子磁化率198

参考文献201

第七章 表面和杂质效应203

7.1 表面电子态203

7.1.1 金属表面203

7.1.2 半导体表面态207

7.2 电子杂质态209

7.2.1 带电中心的屏蔽效应210

7.2.2 电子局域模212

7.2.3 电子自旋密度振荡214

7.3.1 表面振动215

7.3 与表面及杂质相关的振动215

7.3.2 杂质振动模217

7.4 光子晶体中的缺陷模220

7.4.1 层状周期性结构中的电磁表面模220

7.4.2 点缺陷222

7.4.3 线缺陷224

参考文献225

第八章 输运性质227

8.1 正常输运227

8.1.1 Boltzmann方程227

8.1.2 直流和交流电导率229

8.1.3 金属电阻率的微观机制231

8.1.4 半导体中的电输运234

8.1.5 其它的输运系数236

8.2 磁场中的电荷输运与自旋输运237

8.2.1 经典Hall效应238

8.2.2 Shubnikov-de Haas效应239

8.2.3 正常磁电阻及其各向异性241

8.2.4 自旋极化与自旋输运247

8.2.5 铁磁金属的电阻率与磁电阻248

8.3 隧穿现象250

8.3.1 势垒透射250

8.3.2 半导体超晶格的共振隧穿253

8.3.3 电击穿和磁击穿255

8.3.4 隧道磁电阻258

8.3.5 扫描隧道显微术260

参考文献263

第九章 无序系统中波的定域化265

9.1 定域化的物理图像265

9.1.1 波定域化的简单演示265

9.1.2 特征长度和特征时间266

9.1.3 粒子扩散和定域化268

9.2 弱定域化269

9.2.1 增强背散射269

9.2.2 依赖于尺寸的扩散系数271

9.2.3 电导的干涉修正273

9.3 强定域化274

9.3.1 连续渗流模型275

9.3.2 Anderson模型276

9.3.3 迁移率边279

9.3.4 Edwards模型280

9.3.5 跳跃电导281

9.3.6 光的强定域化283

参考文献285

第十章 介观量子输运287

10.1 介观系统的特点287

10.1.1 介观结构的界定287

10.1.2 不同的输运区288

10.1.3 量子通道289

10.2.1 Landauer公式291

10.2 Landauer-Büttiker型电导291

10.2.2 二端单通道电导293

10.2.3 两端多通道电导295

10.3 回路中的电导振荡296

10.3.1 电子波函数的规范变换296

10.3.2 金属环中的Aharonov-Bohm效应297

10.3.3 持续电流300

10.3.4 Altshuler-Aronov—Spivak效应303

10.3.5 静电Aharonov-Bohm效应303

10.4 电导涨落304

10.4.1 电导的非局域性305

10.4.2 磁场反转的倒易性306

10.4.3 普适电导涨落308

参考文献311

第三编 键、能带及其它315

第十一章 键途径315

11.1 原子与离子315

11.1.1 氢原子315

11.1.2 多电子原子中的单电子近似317

11.1.3 原子内的交换作用318

11.1.4 Hund定则和离子磁矩320

11.2 双原子分子323

11.2.1 氢分子离子H？的精确解323

11.2.2 分子轨道法325

11.2.3 Heitler-London法329

11.2.4 自旋Hamilton量和Heisenberg模型331

11.3.1 多原子分子问题的分子轨道法332

11.3 多原子分子332

11.3.2 价键轨道333

11.3.3 分子轨道方法的Hückel近似335

11.3.4 一些分子的电子结构337

11.4 各向异性环境中的离子340

11.4.1 三种晶体场340

11.4.2 过渡金属离子的晶场效应340

11.4.3 Jahn-Teller效应341

11.4.4 配位场中的离子342

参考文献345

12.1.1 正交平面波347

第十二章 能带途径347

12.1 能带计算的各种方法347

12.1.2 赝势349

12.1.3 糕模势与缀加平面波351

12.1.4 能带的对称性和k·P方法352

12.2 从多粒子Hamilton量到自洽场方法354

12.2.1 多粒子Hamilton量354

12.2.2 价电子近似和绝热近似355

12.2.3 Hartree近似356

12.2.4 Hartree-Fock近似358

12.3 电子结构取径于密度泛函360

12.3.1 从波函数到密度泛函360

12.3.2 Hohenberg-Kohn定理361

12.3.3 自洽Kohn-Sham方程362

12.3.4 局域密度近似及其它363

12.3.5 Car-Parinello方法365

12.4 若干材料中的电子结构367

12.4.1 金属367

12.4.2 半导体372

12.4.3 半金属375

12.4.4 分子晶体377

12.4.5 表面和界面380

参考文献383

13.1.1 理想化的Mott转变385

13.1 Mott绝缘体385

第十三章 关联电子态385

13.1.2 Hubbard模型387

13.1.3 动态交换和超交换389

13.1.4 轨道序和自旋序392

13.1.5 Mott绝缘体的分类395

13.2 掺杂Mott绝缘体396

13.2.1 Mott绝缘体的掺杂396

13.2.2 铜氧化物398

13.2.3 锰氧化物与双交换作用401

13.2.4 电荷序和电子相分离403

13.3 磁性杂质、近藤效应及相关问题406

13.3.1 Anderson模型与局域磁矩407

13.3.2 间接交换作用409

13.3.3 近藤效应410

13.3.4 重电子金属和相关材料412

13.4 展望414

13.4.1 一些经验规则415

13.4.2 理论方法416

参考文献418

第十四章 量子限制纳米结构419

14.1 半导体量子阱419

14.1.1 电子子能带419

14.1.2 空穴子能带422

14.1.3 光吸收424

14.1.4 耦合量子阱426

14.2.1 金属量子阱中的自旋极化427

14.2 磁量子阱427

14.2.2 振荡磁耦合430

14.2.3 巨磁电阻效应433

14.3 量子线437

14.3.1 半导体量子线437

14.3.2 碳纳米管439

14.3.3 金属台阶441

14.4 量子点443

14.4.1 金属团簇的幻数443

14.4.2 半导体量子点446

14.4.3 Fock-Darwin能级448

14.4.4 Coulomb阻塞效应451

14.4.5 近藤效应454

14.5.1 双量子点456

14.5 耦合量子点系统456

14.5.2 半导体量子点超晶格459

14.5.3 金属量子点列阵461

参考文献462

第四编 相变和有序相467

第十五章 Landau相变理论467

15.1 两个重要概念467

15.1.1 对称破缺467

15.1.2 序参量469

15.1.3 统计模型471

15.2.1 自由能的级数展开474

15.2 二级相变474

15.2.2 热力学量475

15.2.3 具有复序参量的系统476

15.3 弱一级相变478

15.3.1 外场影响478

15.3.2 Landau-Devonshire模型479

15.3.3 Landau-de Gennes模型481

15.3.4 序参量和应变的耦合483

15.4 结构相变中对称性的改变484

15.4.1 密度函数和表示理论485

15.4.2 自由能泛函486

15.4.3 Landau判据488

15.4.4 Lifshitz判据489

参考文献491

第十六章 晶体、准晶和液晶493

16.1 液-固相变493

16.1.1 基于密度波的自由能展开493

16.1.2 结晶495

16.1.3 准晶497

16.2 固体中的相变499

16.2.1 无序-有序转变500

16.2.2 顺电-铁电转变502

16.2.3 无公度-公度转变505

16.3.1 液晶相变的Maier-Saupe理论508

16.3 软物质中的相变508

16.3.2 液晶相变的Onsager理论511

16.3.3 硬球系统的相分离513

参考文献516

第十七章 铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体517

17.1 磁性的基本特征517

17.1.1 磁性的主要类型517

17.1.2 磁结构的空间图像520

17.1.3 磁结构的能带图像524

17.1.4 具有时间反演对称性的Hamilton量529

17.2 局域磁矩理论531

17.2.1 Heisenberg Hamilton量的平均场近似532

17.2.2 铁磁转变534

17.2.3 反铁磁转变535

17.2.4 亚铁磁转变537

17.2.5 铁磁和反铁磁基态539

17.3 巡游电子磁性理论543

17.3.1 Hubbard Hamilton量的分子场近似543

17.3.2 铁磁性的Stoner理论545

17.3.3 弱巡游铁磁性549

17.3.4 自旋密度波与反铁磁性551

参考文献553

第十八章 超流体与超导体555

18.1 宏观量子现象555

18.1.1 Bose-Einstein凝聚的基本概念555

18.1.2 稀薄气体的Boes-Einstein凝聚558

18.1.3 液氦的超流性561

18.1.4 各种物质的超导电性564

18.2 Ginzburg-Landau的唯象理论570

18.2.1 Ginzburg-Landau方程与对称破缺571

18.2.2 穿透深度和相干长度573

18.2.3 涡旋态的磁性质575

18.2.4 各向异性超导体577

18.3 配对态579

18.3.1 广义Cooper对579

18.3.2 自旋单态s波的常规配对583

18.3.3 自旋单态d波的非常规配对585

18.3.4 赝能隙及其对称性586

18.3.5 自旋三重态p波的非常规配对589

18.4 Josephson效应592

18.4.1 Josephson方程592

18.4.2 超导体中的Josephson效应593

18.4.3 配对对称性的相敏检验596

18.4.4 超流体中的Josephson效应598

参考文献599

第十九章 遍历性破缺601

19.1 遍历性的内涵601

19.1.1 遍历性假设601

19.1.2 时标的引入603

19.1.3 内部遍历性606

19.2 从气相到非晶固相607

19.2.1 气液相变608

19.2.2 浸润相变610

19.2.3 玻璃化转变614

19.3 自旋玻璃转变617

19.3.1 自旋玻璃态617

19.3.2 失措和序参量620

19.3.3 理论模型622

19.4 金属-非金属转变626

19.4.1 半经验判据627

19.4.2 Wigner结晶629

19.4.3 Mott相变的Gutzwiller变分法及唯象处理632

19.4.4 电子玻璃态634

参考文献639