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第九章 凝聚态物理、材料物理 和介观物理

高等教育出版社. 版权所有 复制必究. 第九章 凝聚态物理、材料物理 和介观物理. §9.1 物质的聚集状态. 物质有 4 态：. 固态. }. 凝聚态. 液态. 气态. 等离子态. ：具有气态的基本特征. 相：物质中的一种均匀聚集状态。. 例如：. 已知宏观物质的相. 形成相的条件：. 组元的数目足够大. 有形成一个相的足够大的空间体积. 有足够长的存活时间. §9.2 固体的结构. 离子晶体. NaCl 晶体结构图. 共价晶体（原子晶体）. 金属晶体. 分子晶体. 金刚石晶体结构图. §9.3 半导体物理.

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第九章 凝聚态物理、材料物理 和介观物理

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  1. 高等教育出版社 版权所有 复制必究 第九章凝聚态物理、材料物理和介观物理

  2. §9.1 物质的聚集状态 物质有4态： 固态 } 凝聚态 液态 气态 等离子态 ：具有气态的基本特征

  3. 相：物质中的一种均匀聚集状态。 例如：

  4. 已知宏观物质的相 形成相的条件： 组元的数目足够大 有形成一个相的足够大的空间体积 有足够长的存活时间

  5. §9.2 固体的结构 离子晶体 NaCl晶体结构图

  6. 共价晶体（原子晶体） 金属晶体 分子晶体 金刚石晶体结构图

  7. §9.3 半导体物理 固体能带理论 从量子力学，我们知道，一个自由原子的能量是确定的。 当自由原子组成固体时，随着原子间距离变小，原子间相互作用增强。原来自由原子中一系列分立的允许能级变宽，逐渐连在一起，称为能带。固体中的电子只能填充在这些能带上，能带与能带之间的地方，是电子无法填充的，称为禁带。 导带：仅部分能量被电子占据的能带 价带：最高的满带

  8. 晶 体 的 能 带 导带 空带 导带 禁带 禁带 非满带 价带 （满带）

  9. 本征半导体：纯净的无杂质的半导体 { 电子型（n 型）半导体 杂质半导体 空穴型（p 型）半导体

  10. pn结 p 型半导体和n 型半导体连接起来，在交界处就形成pn结 pn结达到平衡的过程

  11. 霍耳效应 当通有电流的导体或半导体放在与电流方向垂直的磁场中时，在垂直与电流和磁场的方向，通有电流的导体或半导体两侧之间会产生一个横向电压。 霍耳电压 + + + + + + I - - - - -

  12. - 利用霍耳效应判断半导体类型 - + - - - + + + I I + + + + - - - + - P型半导体 N型半导体

  13. §9.4 固体的磁性 按照磁化率的大小，固体的磁性可以分为6 类： 抗磁体：介质的磁化强度与磁场强度方向相反的固体，其 磁化率是一个很小的负数。 顺磁体：介质的磁化强度与磁场强度方向相同的固体，其 磁化率是一个很小的正数。 铁磁体：介质的磁化率是很大的正数。铁磁性显现一种自 发磁化现象。

  14. 亚铁磁体：介质在温度低于居里温度时像铁磁体，但它亚铁磁体：介质在温度低于居里温度时像铁磁体，但它 的磁化率和自发磁化强度都比铁磁体的磁化 率和自发磁化强度要小。 反铁磁体：介质在温度低于奈耳温度TN时，它的磁化率 同磁场的取向有关，是一个小的正数，随温 度上升而上升。 超顺磁体：铁磁性物质的颗粒小于临界尺寸时，外磁场 产生的磁取向力不足以抵抗热扰动的干扰， 其磁化性质与顺磁体相似。

  15. §9.5 超导电物理 1911年，荷兰莱登大学卡末林 -昂内斯教授发现，汞在4.15 K时电阻 突然降到0。

  16. 超导体的基本电磁性质： • 零电阻 超导实验曲线

  17. 2. 完全抗磁性 1933年德国物理学家迈斯纳在对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现，在弱磁场中把锡冷却到进入超导状态时，超导体内的磁感应线似乎一下子被排斥出去了，磁感应强度B等于零。

  18. 3. 临界磁场 把处于临界温度以下的超导体放到外磁场中，当外磁场增加到某一值时，超导体会出现电阻，变回到正常态。破坏超导电性的磁场值叫临界磁场Hc，它是温度的函数随温度T的上升而下降。临界磁场Hc和温度 T以及临界温度 Tc的关系近似为 4. 临界电流 实验还表明，在不加磁场的情况下，如果在超导体内通过足够强的电流，也可以破坏超导电性。

  19. 高临界温度超导体 高临界温度超导体是相对传 统超导体而言的，传统超导体必 须工作在液氦温度（4.2 K），而 高临界温度超导体可以工作在液 氮温度下（77 K）。

  20. 超导的应用 1. 磁悬浮列车

  21. 2. 提供强磁场 中国科学院合肥等离子体研究所建造的HT-7托克马克装置

  22. §9.6 特殊固体材料 1. 结构陶瓷：具有耐高温、耐腐蚀、耐磨等优异的 力学性能。 2. 功能陶瓷：利用陶瓷材料在电、磁、声、光、热 等方面特殊的性能。包括导电陶瓷、 压电陶瓷、磁性陶瓷、透明陶瓷等。

  23. 3. 形状记忆合金：用形状记忆合金在高于该合金的 转变温度的温度制作成一定形状，把温度 降到转变温度以下后改变其形状，当温度 回升到转变温度以上时，它会按记忆恢复 原状。目前发现的有记忆功能的金属都是 合金。 4. 储氢金属材料：许多种金属与氢可以产生化学反 应，生成金属氢化物。

  24. §9.7 凝聚态的表面效应

  25. §9.8 团簇的物理性质 团簇是由几个原子到几千个原子组成的凝聚体。 空间尺度：0.1~100 nm 足球烯

  26. 碳纳米管

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