2015年上海工程技术大学807固体物理导论考研大纲
1 上海工程技术大学 2015 年硕士研究生入学考试《固体物理导论》考试大纲 报考专业:材料物理化学 考试科目:固体物理导论 考试代码:807 考试参考书:黄昆原著 韩汝琦改编 固体物理学 高等教育出版社 2000 考试总分:150 分 考试时间:3 小时 一、 考试目的与要求 《固体物理学》是材料物理化学专业一级学科的专业基础课。该课程是研究 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以阐 明其性能与用途的学科。固体物理学融汇了力学、热力学与统计物理学、电动力 学、量子力学和晶体学等多学科的知识,在现代科学技术中起着非常重要的作用, 是物理学的重要组成部分,可以进一步培养学生的现代科学意识,提高分析问题 与解决问题的综合能力及创新思维的能力。 要求考生:(1) 掌握固体物理学的基础概念和基本原理,包括能利用固体物 理的基本原理分析固体材料的基本性能;(2) 掌握晶体结构和结合、晶格热振动 及固体材料的热性质、固体电子论等基本原理;(3) 利用固体物理的基本原理分 析固体材料的导电性和磁学性质等物理性能。 二、 考试内容 第一章 晶体结构和 X 射线衍射 第一节 晶体的特征 一、晶体的总特征、宏观特征* 二、晶面角守恒定律 第二节 空间点阵 布喇菲格子的概念 第三节 晶格的周期性 基矢 2 一、 结晶学原胞与固体物理原胞的区别 * 二、 晶体基矢的表达式 第四节 密勒指数* 密勒指数与晶面在坐标轴截距的关系 第五节 倒格子* 一、倒格子的定义、倒格子基矢、倒格子空间与正格子空间的意义 二、 倒格子基矢与正格子基矢的关系、倒格矢与正格矢的关系、倒格子与正格子的关系 第六节 晶体的特殊对称性 对称操作 基本的对称操作 第七节 晶系 布喇菲原胞 晶系的种类及其特点 第八节 密堆积 配位数 密堆积与配位数的概念 第九节 晶体衍射的一般介绍 测试晶体结构的方法 第十节 X 射线衍射方程 反射公式和反射球 一、 倒格子空间衍射方程及其意义* 二、 布拉格反射公式 三、 X 射线衍射的实验方法 第十一节 原子的散射因子 原子的散射因子概念 第十二节 几何结构因子 一、几何结构因子的概念 二、结构的衍射消失条件 复习重点:晶体的特征,空间点阵、晶体基矢的表达式、密勒指数、倒格子,晶体对 称操作、晶系,测试晶体结构的方法,X 射线衍射分类、X 射线衍射方程、布拉格反射公式、 晶体结构的衍射消失条件。 第二章 晶体的结合 3 第一节 晶体的结合类型 晶体的结合的类型 第二节 结合力的一般性质* 一、互作用势能与互作用力的关系 二、通过两个原子互作用势能,求两原子的平衡间距、平衡时的互作用势能,有效引力最大 时的两原子间的距离、体弹性模量。 第三节 非极性分子晶体的结合能 一、分子晶体结合力的分类 二、根据已知原子的相互作用势能,求相关的问题。 第四节 离子晶体的结合能 一、马德隆常数的表达式及简单计算* 二、根据已知离子晶体的相互作用势能,求相关的问题。 第五节 离子半径 常用的离子半径 复习重点:晶体的结合类型、结合力的一般性质、计算两原子的平衡间距、平衡时的 互作用势能,有效引力最大时的两原子间的距离、体弹性模量等参量。 第三章 晶格振动和晶体的热学性质 第一节 一维原子链的振动 一、格波的概念 二、一维简单(复式)晶格振动格波的色散关系 三、长声学波、长光学波的示意图及其表示的振动* 四、周期性边界条件的结论* 第二节 晶格振动的量子化 声子 一、声子的概念* 二、三维晶格振动的总能量表达式中各项所表示的意义 第三节 长波近似 一、长光学波、长声学波的概念 二、黄昆方程表达式及其物理意义 4 第四节 固体比热* 一、杜隆-珀替定律 二、爱因斯坦模型和得拜模型的特点 第五节 非简谐效应 一、两个声子的碰撞 二、晶体的热传导和热膨胀与非简谐效应的关系 第六节 确定振动谱的实验方法 确定振动谱的实验方法-中子非弹性碰撞 第七节 晶格的自由能 格林爱森常数 复习重点:格波的概念、长声学波、长光学波的示意图及其表示的振动、周期性边界 条件的结论、声子的概念、三维晶格振动的总能量表达式中各项所表示的意义、长光学波、 长声学波的概念、黄昆方程表达式及其物理意义、杜隆-珀替定律、非简谐效应、确定振动 谱的实验方法和格林爱森常数。 第四章 晶体中的缺陷与运动 第一节、缺陷的类型 一、缺陷的分类 二、肖脱基缺陷 弗伦克尔缺陷、色心、极化子的概念* 三、刃型位错、螺旋位错的概念 第二节 热缺陷数目的统计 第三节 缺陷的运动 产生和复合 第四节 扩散方程 扩散系数 第五节 扩散的微观机构 第六节 外来原子在晶体中的扩散 第七节 热缺陷在外力作用下的运动 以上六节为一般了解内容,考试不做主要内容 第八节 位错的滑移 刃型位错、螺旋位错滑移方向与位错线的运动方向、外加切应力三者的关系。 第九节 位错和热缺陷的关系 5 第十节 位错的缺陷的分类、肖脱基缺陷 弗伦克尔缺陷、色心、极化子的概念、刃型位错、 螺旋位错的概念以及刃型位错、螺旋位错滑移方向与位错线的运动方向、外加切应力三者的 关系。 第五章 固体电子论基础 第一节 电子气的能量状态 一、金属自由电子论模型 二、求简单的自由电子气能级密度* 第二节 电子气的费密能量 一、费密分布函数及其讨论* 二、费密能量及其求绝对零度时系统的费密能量。 三、费密球、费密面的概念 第三节 金属中电子气的热容量 温度低时,金属的摩尔热容量表达式* 第三节 功函数和接触势差 画图说明功函数和接触势差的概念 第五节 布洛赫波 布洛赫波的表达式及其物理意义* 第六节 克龙尼克-潘纳模型 一、克龙尼克-潘纳模型的要点 二、克龙尼克-潘纳模型的意义 第七节 微扰法-自由电子近似 周期场不再看作为微扰的条件 第八节 简并微扰法-散射波较强的情况 画图说明禁带出现的位置和禁带的宽度 第九节 晶体中电子运动的速度和加速度 一、电子运动速度 能带低和能带顶电子的有效质量* 二 电子有效质量的表达式及所表示的意义 第十节 金属、半导体和绝缘体 空穴概念 一、金属、半导体和绝缘体的区别 6 二、空穴的概念 复习重点:金属自由电子论模型、费密分布函数、费密球、费密面的概念、功函数和接触 势差、布洛赫波的表达式及其物理意义、克龙尼克-潘纳模型的意义禁带出现的位置和禁带 的宽度、晶体中电子运动的速度和加速度以及金属、半导体和绝缘体的区别。 第六章 能带理论 第一节 三维情况的布洛赫定理 一、三维布洛赫定理的表达式 二、简约布里渊区的概念 第二节 布里渊区 画出简单情况的布里渊区。 复习重点:三维布洛赫定理、简约布里渊区和简单的画法。 三、 试卷结构 (1)基本知识与基本概念题 (约 60 分) (2)论述题(约 90 分) 四、 内容结构 (1)固体结构和固体结合(25 分) (2)晶格振动和晶格的热学性质(45 分) (3)自由电子理论及能带理论(45 分) (4)半导体晶体(35 分)
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