现在正在准备材料方面的考研复试,参考书有朱建国的固体物理,实在看不懂,看的好累。。请问大家是要先学完全套量子力学才能学固体物理吗?谢谢!


先说结论

不能。因为固体物理不只有空间点群的内容。这门课其实因该叫

「空间点群对称性下的薛定谔方程,和其解的物理意义。」

传统的固体物理课一般有以下内容:

  1. 空间点群的简介。教你什么叫cell 什么叫basis
  2. 正格子空间和倒格子空间。这部分还会穿插著讲点X射线衍射什么的。
  3. 晶格振动。在这里引入声子的概念,需要用到量子化的概念,通过正则量子化手续从经典的简谐模型过渡到量子模型。同时这一部分还引入了Einstein模型和Debye模型。这里会介绍声子谱的概念。
  4. 能带论。这是这门课最为核心的一部分。会包含布洛赫定理,自由电子模型,近自由电子模型,紧束缚模型等等(看老师的喜好。)。这里面包含了:1. 对哈密顿量对称性的理解。2.对微扰论的应用。

然后是不同的老师喜好的不同的内容。

比如我本科的时候老师讲的是

金属费米面的测定,德哈斯法阿尔芬效应。玻尔兹曼方程。表面等离子激元。

Grad school 里面 Solid State I 讲的是

以及简介了一下

至于Solid State II

然后最后课程小论文我被分配的是Bosonization......所以还得再加一章 玻色化方法。

你看,没学量子力学,连名词都看不懂对不对。


没学过量子力学应该是很难理解固体物理的(除非只愿意记住结论)

但是别灰心,固体物理中需要用到的量子力学知识并不多,所以如果能将量子力学的入门部分和固体物理放到一起来学,其实也不需要花太多时间。

这里推荐NCTU李威仪教授的固体物理系列:

【完整版】固体物理(台湾交通大学)李威仪教授?

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这个系列先用不多的篇幅介绍了必要的量子力学基础,然后就快速过渡到固体物理。

并且,他讲固体物理的方式是我比较喜欢的「第一性原理路线」(而不是Kittel为代表的「晶体结构路线」),即从一些简单的微观假设出发推导宏观性质,从Drude自由电子模型开始讲起,然后过渡到量子力学假设下的能态分布,介绍量子力学的成果如何解决Drude模型的缺陷,最后引出量子力学的最重要成果之一:半导体物理。

整个讲解形象直观,思路非常清晰、一气呵成。只是美中不足的其中只包含了固体物理的一部分内容,但对于补充必要的量子力学基础、以及了解固体物理的基本思路的目的来说,是一个不错的入门系列。


能也不能。固体物理有一部分几何、群论的知识,讨论晶体的对称性、原子结构,这部分是高中基础就能学会的。但是讨论固体的电子结构、声子等准粒子、相变等等真正有趣的话题,就必须学习量子力学。还有统计物理相关知识也必不可少。

但是不需要过于紧张,学习固体物理需要的量子力学和统计物理知识是正统量子力学和统计物理教材的一个子集。八九十年代有些固体物理书,专门面向没学过量子力学和统计物理的学生,在书里收录了所需的入门级别量子力学和统计物理知识。需要快速入门可以去图书馆查询。但是要想学会固体物理,还是需要补一补相关知识。比如,山东大学的固体物理教材很薄,是因为他们前期的量子力学和统计物理的教材较厚,可以在书里专门写固体物理自己的内容。如果贸然拿来参考,就会发现很难懂。

我这里推荐卢文发老师的《量子力学和统计力学》,起点低,内容丰富,推导详细,比较适合入门、补课。

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卢文发老师的书为什么好?请看下边的博文(卢老师真可谓是一个严谨的人):

科学网-王竹溪先生错了吗? - 卢文发的博文?

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还有发现清华大学出了一本材料专业用的和一本电子工程用的物理教材,也能满足快速入门的需求:

材料物理基础 高继华 清华大学出版社京东¥ 81.30去购买?

电子工程物理基础(第3版)¥ 33.50起2

而如果想正儿八经的补课,如下的书必不可少:

耶鲁大学开放课程(基础物理2 电磁学、光学和量子力学¥ 76.80起2

作者山卡写了五本书,普通物理一套两册,上边那个是下册;另外三本无中文版,一本是给物理系学生写的数学相关知识,一本是量子力学大红皮,最后一本是凝聚态场论。前三本入门,中间一本提高,最后一本科研用。不在此推荐。

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量子力学 中南大学出版社京东¥ 58.90去购买?

上边三本适合量子力学入门。阅读顺序从上到下。这里我没有推荐流行的曾谨言、张永德、Griffiths、Sakurai甚至郎道的书,是因为那些书需要稍多一点的背景知识,初学者容易受到过多负反馈而厌学。最近浏览百度贴吧「暗黑三吧」里发现,玩游戏也有这个问题。暗黑三有个专门的讨论网站「凯恩之角」里边发帖回帖的都满嘴术语,新手根本看不懂;网上的视频也都是高玩在打16级大秘境,或者教人如何从1级打到70级,而中间的慢慢成长环节很少有人放视频、教学,导致贴吧里有新入坑没人带的小朋友诉苦。我们要承认一口吃不成个胖子,万里长征要从第一步走起。我看的第一本高级一点的物理书是彭桓武的《理论物理基础》,书名很吓人,内容却是给没有基础的研究生补课用的。

理论物理基础 彭桓武京东¥ 53.70去购买?

这本书让我看了之后大呼过瘾,且了解到入门物理类科研需要补充哪些知识,以后可以自己找相关的书籍阅读了。当时还是2002年,David Tong和t』Hooft的书目要么没出来,要么我也不知道。当时是经常泡图书馆,发现了不少好书,让我收获不少。

另外,其他有些名家如程檀生的量子力学,我都没读过,不具有发言权。欢迎读者在回复中推荐。

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热学 热力学与统计物理习题解答¥ 26.40起2

上述三本一套书,把相关知识都讲全了。虽然只是一家之言,但容易让人把握一条主线。统计物理向来让学的人感觉知识点散乱,这本书给出了一个有益尝试。北大林宗涵的热统我没有读完过,不予评论。同理有其他的书。

有志钻研统计物理同学请看这里:

Yongle Li:统计物理阅读材料推荐?

zhuanlan.zhihu.com图标

作为一个教「统计物理」的老师,以上是我一点个人的拙见,欢迎讨论。

回复中有人提到了数学物理方法,确实是好的思路。但是添加数学物理方法教学有几个问题,就是一)学完数学物理方法再开固体物理,一般的同学就会在考完试全忘光;而有志钻研的同学,不需要开课,在上课时指出某些数学工具的出处即可。二)给材料专业的学生增加数学物理方法课,会加重学生负担,不利于当前「新工科」模式下的减负思路。我觉得教师可以给出数学工具的来源,并鼓励学有余力的学生们自己去选物理系的这门课,毕竟现在很多学校都搞学分制,学生有一定的自主选择权。三)量子力学用得较多的线性代数、函数论和泛函分析相关知识,在中南大学的《量子力学》里已经有所体现,卢文发的书里详细补充了特殊函数的知识。而热统的相关数学实则在数学物理方法课程中不属于重点,中科大的教材在附录里给出了很好的介绍。

对了,说半天忘了介绍两本好的固体物理书了,首推阎守胜老师的,较为好懂,且内容较新。(无量子力学、统计物理基础的固体物理是我本科的时候在图书馆里翻到过的,现在早已忘却,抱歉!)

固体物理基础(第三版) 北京大学出版社 阎守胜京东¥ 56.16去购买?

第二本是一本英文版的,我读著觉得十分通俗易懂,且详尽。我备课统计物理的时候参考过。

凝聚态物理(英文影印版) (美)米斯拉(P. K. Misra )京东¥ 148.00去购买?


费维栋. 《固体物理》 他这本书就是为了给没学过量子力学的学生看的固体物理书。不过....我也没看过

找个人学物理的人问问吧


可以 但不建议

为了更好地理解固体物理后期的概念 量子力学的部分基础是很必要的

学固体物理的时候有一个很大的问题就是觉得教材非常混乱,一点都不连贯,很容易让人不知所云,学完之后根本不知道讲了些啥

这是历史遗留问题,到量子力学之前的内容基本上都是好几个世纪之前的,基本已经成为定论的内容,所以教材可以掰碎了碾成糊糊给你喂下去

但到了量子力学之后,到目前为止,很多问题依然没有定论

别的不说,光量子力学的诠释目前没有得到一个统一认可的说法,波函数究竟是否无力时在,薛定谔方程的物理意义到现在都没有讨论清楚

但不妨碍它好用

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大概讲一下固体物理的脉络,也就是范式,简单地说就是将大量重复单元的某种相互作用进行抽象组合,忽略一些高次方计算复杂的项,最终得到一个色散关系w(k)

其中能量E和频率w,动量p和波矢k是正相关的,所以这个色散关系又可以视为能量和动量的关系,当讨论不同粒子的相互作用时,就会照著色散关系,考虑能量守恒和动量守恒来看某一个过程是否会发生

这个波矢k又可以直接反映到倒易空间,固体物理第一章就在讲倒格矢倒易空间,说白了就是前面给你打个基础知道有k这个东西,然后在后面推推推发现 诶这个表示动量的k和倒格矢k就是一个东西然后就可以用这个数学过程直接忽略到一堆乱七八糟的推演 在第一布里渊区内就可以简单粗暴的描述所有的物理性质

然后在推导过程中还会涉及一个态密度的东西,这就相当于说 一个态就是一对E和k,但是你看色散关系,往往他们不是一一对应的,有的时候我们需要看某一个能量E中有多少个态,就可以计算这个态密度

剩下的内容,有一部分就是在讲这个理论和实际多么多么相符,按照这个理论怎么样换著方法推都能得到一样的结果,就类似你做题的验算

还有一部分在讲这个理论与实际不相符是由于什么什么,比如说只考虑到二次项啊,高次项算起来太麻烦抹掉了,但实际情况还是要考虑高次项的什么什么的

一般本科生的固体物理就到这了,甚至说硕士的固体物理也就到这了,至于博士的固体物理,那叫凝聚态物理,你可以参考一下蜗壳的《高等固体物理》,贼带感哦

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再梳理一下教材,首先就是以晶格振动,也就是声子,从弹性振动出发按我上面说的一波推,推出了个色散关系,然后讲了下物理性质,出发点稍有不同带来什么不同之类的

然后就是从薛定谔方程,两个角度的电子-原子体系出发一波推,推出来了个一致的色散关系,然后讲了下物理性质,往半导体方面进一步讲了一些结论和基础知识

你要是实在搞不懂量子力学,你就把固体物理中重要的名词是什么怎么来的说明了什么搞懂了就行,有些东西是需要去其他的物理里面找的

推导公式的话,声子部分还是很简单的不涉及量子力学你还是要会的,电子部分你懒得搞就算了…搞清楚物理意义和物理本质是最重要的


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