Физика твердого тела для инженеров: учебное пособие

Автор: Гуртов В. А. , Осауленко Р. Н.

Год: 2012

Издательство: Техносфера

Место издания: Москва

ISBN: 978-5-94836-327-1

Страниц: 560

Форматы: PDF

цена: 399 руб.

Учебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела, содержащее основные элементы физики конденсированного состояния и ее приложения для описания физических свойств твердых тел и процессов, происходящих в них. В книге подробно затрагиваются вопросы строения кристаллов и аморфных твердых тел, рассматриваются типы межатомных связей и их влияние на структуру веществ. Приводятся основные положения теории колебаний атомов в кристаллической решетке, описаны тепловые, магнитные и диэлектрические свойства конденсированных сред. В учебном пособии отражены необходимые сведения из атомной физики и квантовой механики, и на этой основе - зонная теория твердых тел и электронные процессы в них. Рассматриваются основные положения теории сверхпроводимости и фазовых переходов. Книга написана доступным языком с привлечением математического аппарата в объеме вузовских курсов по математике.
Учебное пособие рассчитано на студентов инженерное факультетов, изучающих физику твердого тела или отдельные ее разделы, а также может быть полезно научным работникам смежных с физикой областей науки, желающим ознакомиться с основными положениями и методами физики твердого тела.

Предисловие
Предисловие ко второму изданию
Глава 1. Принципы строения твердых тел. Элементы кристаллографии
1.1. Классификация конденсированных сред
1.1.1. Кристаллическое состояние и его классификация
1.1.2. Аморфное состояние
1.1.3. Жидкое и газообразное состояния
1.2. Кристаллическая решетка
1.2.1. Элементарная ячейка. Базис решетки
1.2.2. Кристаллографические направления, плоскости и зоны
1.2.3. Сингонии кристаллов
1.2.4. Решетки Бравэ. Ячейка Вигнера-Зейтца
1.3. Симметрия кристаллов
1.3.1. Точечные операции симметрии
1.3.2. Пространственные группы симметрии
1.4. Обратная решетка
1.5. Принцип плотной упаковки атомов
1.6. Примеры простых кристаллических структур
1.7. Полиморфизм
1.8. Жидкие кристаллы
1.9. Методы определения структуры твердых тел
1.9.1. Дифракционные методы
1.9.2. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах
1.9.3. Экспериментальные методы определения структуры кристаллов
1.10. Квазикристаллы
1.10.1. Структура квазикристаллов
1.10.2. Свойства квазикристаллов
Задачи
Глава 2. Природа и типы межатомных связей
2.1. Химическая связь и валентность
2.2. Энергия связи
2.3. Типы межатомных связей в твердых телах
2.3.1. Ионная связь
2.3.2. Ковалентная связь
2.3.3. Металлическая связь
2.3.4. Ван-дер-ваальсова связь. Молекулярные кристаллы
2.3.5. Водородная связь
2.4. Структура веществ с ненаправленным взаимодействием
2.5. Представление об атомных орбиталях
2.6. Случай направленного взаимодействия. Структура веществ с ковалентными связями
2.7. Роль обменного взаимодействия в образовании кристаллов
Задачи
Глава 3. Дефекты и диффузия в твердых телах
3.1. Классификация дефектов
3.2. Точечные дефекты
3.2.1. Дефекты по Френкелю
3.2.2. Дефекты по Шоттки
3.2.3. Термодинамика точечных дефектов
3.2.4. Радиационные дефекты
3.2.5. Центры окраски
3.3. Дислокации
3.3.1. Образование дислокаций в кристалле
3.3.2. Движение дислокаций
3.3.3. Дефекты упаковки
3.3.4. Границы зерен
3.3.5. Влияние дислокаций на свойства твердых тел и методы наблюдения дислокаций
3.4. Механизмы диффузии в твердых телах
3.4.1. Диффузия в кристаллах
3.4.2. Законы Фика
3.5. Твердые электролиты
Задачи
Глава 4. Механические свойства твердых тел
4.1. Тензоры напряжений и деформаций
4.2. Закон Гука для анизотропных твердых тел и энергия упруго деформированного тела
4.3. Распространение акустических волн в кристаллах
4.3.1. Поверхностные акустические волны
4.4. Пластические свойства кристаллов
4.4.1. Деформация скольжением и двойникованием
4.4.2. Хрупкое разрушение
4.5. Космический лифт
Задачи
Глава 5. Динамика кристаллической решетки
5.1. Одномерные колебания однородной струны
5.2. Гармоническое приближение
5.3. Колебания одномерной моноатомной цепочки атомов
5.3.1. Зоны Бриллюэна
5.4. Колебательный спектр двухатомной одномерной цепочки. Акустическая и оптическая ветви колебаний
5.4.1. Дисперсионные кривые для двухатомной одномерной цепочки
5.5. Колебания атомов трехмерной решетки
5.6. Упругие волны смещений атомов. Фононы
5.6.1. Фононные спектры в кристаллах
5.7. Локальные фононные моды
Задачи
Глава 6. Тепловые свойства твердых тел
6.1. Теплоемкость твердых тел
6.1.1. Закон Дюлонга и Пти
6.2. Энергия тепловых колебаний решетки
6.2.1. Приближение Эйнштейна
6.2.2. Приближение Дебая
6.3. Электронная теплоемкость и ее зависимость от температуры
6.4. Ангармонизм колебаний атомов и тепловое расширение
6.5. Теплопроводность твердых тел
Задачи
Глава 7. Магнитные свойства твердых тел
7.1. Классификация магнетиков
7.2. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электрона. Диамагнетизм
7.2.1. Диамагнетизм атомных остовов
7.3. Природа парамагнетизма
7.3.1. Парамагнетизм электронов проводимости
7.3.2. Электронный парамагнитный резонанс
7.4. Ферромагнетизм
7.4.1. Молекулярное поле Вейсса
7.4.2. Энергия обменного взаимодействия
7.4.3. Доменная структура ферромагнетиков
7.4.4. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм
7.4.5. Постоянные магниты
Задачи
Глава 8. Диэлектрические свойства твердых тел
8.1. Основные характеристики диэлектриков
8.2. Упругая поляризация
8.2.1. Электронная упругая поляризация
8.2.2. Ионная упругая поляризация
8.2.3. Дипольная упругая поляризация
8.3. Тепловая (релаксационная) поляризация
8.3.1. Электронная тепловая поляризация
8.3.2. Ионная тепловая поляризация
8.3.3. Дипольная тепловая поляризация
8.4. Связь между поляризуемостью и диэлектрической проницаемостью
8.5. Электрострикция, пьезоэффект, пироэффект
8.6. Сегнетоэлектрики
8.7. Электреты
Задачи
Глава 9. Основы зонной теории твердого тела
9.1. Одноэлектронное приближение. Теорема Блоха
9.2. Изменение состояния электронов при сближении атомов
9.2.1. Энергетические зоны
9.3. Приближение почти свободных электронов. Модель Кронига-Пенни
9.4. Структура энергетических зон
9.5. Движение электрона в периодическом поле кристалла под действием внешнего поля. Эффективная масса электрона
9.6. Примеси и примесные уровни
9.6.1. Водородоподобная модель мелких уровней доноров и акцепторов
9.6.2. Зонная структура неупорядоченных твердых тел
Задачи
Глава 10. Электрические свойства твердых тел
10.1. Плотность квантовых состояний в разрешенных зонах. Классический ЗБ-электронный газ
10.2. Случай 2D-, ID- и нульмерного электронного газа
10.2.1. Плотность состояний в двумерной подзоне
10.2.2. Плотность состояний в одномерном и нульмерном случаях
10.3. Функции распределения электронов по энергиям
10.3.1. Квантовая статистика Ферми-Дирака
10.3.2. Классическая статистика Максвелла-Больцмана
10.4. Концентрация носителей заряда для невырожденного и вырожденного электронного газа
10.4.1. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
10.4.2. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
10.4.3. Концентрация электронов и дырок в разрешенных зонах для случая вырождения
10.5. Энергия Ферми. Критерий вырождения электронного газа
10.6. Проводимость металлов
10.6.1. Типичные свойства металлов
10.6.2. Свободные электроны и положительные атомные остатки (ионы)
10.6.3. Хаотическое и упорядоченное движение электронов
10.7. Классическая теория свободных электронов Друде-Лоренца
10.8. Кинетическое уравнение Больцмана
10.9. Дифференциальный закон Ома для невырожденного электронного газа
10.10. Подвижность свободных носителей заряда при различных механизмах рассеяния
10.11. Проводимость в полупроводниках
Задачи
Глава 11. Оптические свойства твердых тел
11.1. Взаимодействие электромагнитного излучения с твердым телом
11.2. Оптические характеристики металлов, диэлектриков и полупроводников
11.3. Генерация и рекомбинация в полупроводниках и диэлектриках
11.3.1. Излучательная рекомбинация в прямозонных и непрямозонных полупроводниках
11.3.2. Безызлучательная рекомбинация с участием глубоких примесей
11.3.3. Экситоны Френкеля и Ванье-Мотта
11.4. Уравнение непрерывности
11.5. Электрон-фононные взаимодействия. Полярон Фрёлиха
Задачи
Глава 12. Сверхпроводимость
12.1. Эффект Мейснера. Сверхпроводники первого и второго рода
12.2. Изотопический эффект
12.3. Элементы зонной теории сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера. Куперовские пары
12.4. Эффекты Джозефсона
12.5. Высокотемпературная сверхпроводимость
12.6. Применение сверхпроводников
Задачи
Глава 13. Равновесие фаз и фазовые переходы
13.1. Термодинамические потенциалы
13.1.1. Условия фазового равновесия
13.2. Классификация фазовых переходов
13.3. Фазовые переходы в твердом состоянии
13.3.1. Кристаллизация. Теория образования зародышей
13.3.2. Роль межфазной границы при фазовых превращениях
13.4. Стабильность фаз
13.5. Фазовые переходы металл-диэлектрик
Глава 14. Поверхностные и контактные явления в твердых телах
14.1. Термоэлектронная эмиссия с поверхности твердых тел
14.1.1. Ток термоэлектронной эмиссии в равновесных условиях
14.1.2. Термодинамическая работа выхода в полупроводниках р- и n-типов
14.1.3. Твердотельные приборы с электронно-дырочными переходами
14.1.4. Ток термоэлектронной эмиссии при наличии внешнего поля. Твердотельные катоды
14.2. Автоэлектронная эмиссия. Туннельные микроскопы
14.2.1. Туннельная инжекция через треугольный барьер
14.2.2. Коэффициент прозрачности для туннелирования через треугольный барьер
14.2.3. Учет закона дисперсии E(k) при туннелировании через потенциальный барьер
14.2.4. Ток туннельной инжекции через треугольный барьер
14.2.5. Ток туннельной инжекции через трапецеидальный барьер
14.2.6. Туннельный микроскоп
14.3. Область пространственного заряда на поверхности. Твердотельные полевые приборы
14.3.1. Эффект поля
14.3.2. Область пространственного заряда (ОПЗ) в равновесных условиях
14.3.3. Заряд в области пространственного заряда
14.3.4. Типы и устройство полевых транзисторов
14.3.5. Принцип работы МДП-транзистора
14.3.6. Дискретные МДП-фотоприемники
14.3.7. Матрицы фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС)
Задачи
Глава 15. Аморфные материалы: структура, дефекты, свойства
15.1. Характеристики структуры аморфных материалов
15.2. Дефекты в аморфных материалах
15.2.1. Собственные точечные дефекты в аморфных материалах
15.2.2. Собственные сеточные дефекты в аморфных материалах
15.2.3. Примесные точечные дефекты в аморфных материалах
15.2.4. Собственные объемные плоские и линейные дефекты в аморфных материалах
15.3. Свойства некоторых аморфных материалов
Приложение А
Работа выхода из металлов (эВ)
Свойства диэлектриков
Универсальные физические постоянные
Полезные соотношения
Физические параметры важнейших полупроводников
Приложение Б
Приложение В
Нобелевские премии за работы по физике и химии твердого тела
Приложение Г
Графен
Г.1. Атомная структура графена
Г.2. Электрические свойства графена
Г.З. Применение графена
Решение задач
Список рекомендованной литературы
Основные обозначения
Предметный указатель
Об авторах


Все отзывы о книге

Чтобы оставить отзыв, зарегистрируйтесь или войдите

Книги этой серии