9: 凝聚态物理学
- Page ID
- 201924
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)在本章中，我们将探讨量子力学在更复杂的系统（例如分子、金属、半导体和超导体）中的应用。 我们回顾并开发了前几章的概念，包括波函数、轨道态和量子态。 我们还引入了许多新概念，包括共价键、旋转能级、费米能量、能量带、掺杂和库珀对。
- 9.1: 凝聚态物理学前奏
- 几个世纪以来，结晶固体因其美观而备受赞誉，包括钻石和祖母绿等宝石，以及石英和金属矿石的地质晶体。 但是，硅等半导体的晶体结构也使当今的电子行业成为可能。 在本章中，我们将研究固体的结构如何赋予它们从强度、透明度到电导率等特性。
- 9.2: 分子键的类型
- 分子由两种主要类型的键形成：离子键和共价键。 离子键将电子从一个原子转移到另一个原子，共价键共享电子。 与离子键相关的能量变化取决于三个主要过程：电子从一个原子中电离、第二个原子接受电子以及由此产生的离子的库仑吸引。 共价键涉及空间对称波函数。
- 9.3: 分子光谱
- 分子具有振动和旋转能。 相邻振动能级之间的能量差大于旋转能级之间的能量差。 吸收谱中峰值之间的分离与惯性矩成反比。 振动和旋转能量水平之间的过渡遵循选择规则。
- 9.4: 结晶固体中的粘合
- 常见离子盐的包装结构包括 FCC 和 BCC。 晶体的密度与平衡常数成反比。 当平衡分离距离很小时，盐的解离能量很大。 普通盐 (FCC) 的密度和平衡半径几乎相同。
- 9.5: 金属的自由电子模型
- 金属传导电能，电力由大量随机碰撞和近似自由的电子组成。 电子的允许能量态是量化的。 这种量化以非常大的电子能量的形式出现，即使在\(T = 0 \space K\)。 金属中自由电子的允许能量取决于金属的电子质量和电子数密度。
- 9.6: 固体波段论
- 晶体中电子的能级可以通过求解薛定葛的周期势方程以及研究原子从远处推到一起时电子能量结构的变化来确定。 晶体的能量结构以连续的能量带和能量间隙为特征。 固体传导电力的能力取决于固体的能量结构
- 9.7: 半导体和兴奋剂
- 半导体的能量结构可以通过用一种类型的原子代替另一种原子（掺杂）来改变。 半导体 n 型掺杂在传导带下方产生并填充新的能量水平。 半导体 p 型掺杂会产生略高于价波段的新能级。 霍尔效应可用于确定半导体的电荷、漂移速度和电荷载流子数密度。
- 9.8: 半导体器件
- 二极管由 n-p 结产生。 二极管允许电流仅向一个方向移动。 在二极管的正向偏置配置中，电流随电压呈指数增长。 晶体管由 n-p-n 结产生。 晶体管是一种控制电路电流的电动阀。 晶体管是音频放大器、计算机和许多其他设备中的关键组件。
- 9.9: 超导
- 超导体有两个特征：电阻为零的电子传导和排斥磁场线。 产生超导需要最低温度。 强磁场会破坏超导性。 超导可以用库珀对来解释。
缩略图：金刚石晶体的结构。 由深蓝色球体表示的单个碳原子共价键合到由浅蓝色球体表示的四个碳原子。