現在正在準備材料方面的考研複試,參考書有朱建國的固體物理,實在看不懂,看的好累。。請問大家是要先學完全套量子力學才能學固體物理嗎?謝謝!


先說結論

不能。因為固體物理不只有空間點羣的內容。這門課其實因該叫

「空間點羣對稱性下的薛定諤方程,和其解的物理意義。」

傳統的固體物理課一般有以下內容:

  1. 空間點羣的簡介。教你什麼叫cell 什麼叫basis
  2. 正格子空間和倒格子空間。這部分還會穿插著講點X射線衍射什麼的。
  3. 晶格振動。在這裡引入聲子的概念,需要用到量子化的概念,通過正則量子化手續從經典的簡諧模型過渡到量子模型。同時這一部分還引入了Einstein模型和Debye模型。這裡會介紹聲子譜的概念。
  4. 能帶論。這是這門課最為核心的一部分。會包含布洛赫定理,自由電子模型,近自由電子模型,緊束縛模型等等(看老師的喜好。)。這裡麪包含了:1. 對哈密頓量對稱性的理解。2.對微擾論的應用。

然後是不同的老師喜好的不同的內容。

比如我本科的時候老師講的是

金屬費米麪的測定,德哈斯法阿爾芬效應。玻爾茲曼方程。表面等離子激元。

Grad school 裡面 Solid State I 講的是

以及簡介了一下

至於Solid State II

然後最後課程小論文我被分配的是Bosonization......所以還得再加一章 玻色化方法。

你看,沒學量子力學,連名詞都看不懂對不對。


沒學過量子力學應該是很難理解固體物理的(除非只願意記住結論)

但是別灰心,固體物理中需要用到的量子力學知識並不多,所以如果能將量子力學的入門部分和固體物理放到一起來學,其實也不需要花太多時間。

這裡推薦NCTU李威儀教授的固體物理系列:

【完整版】固體物理(臺灣交通大學)李威儀教授?

www.bilibili.com圖標

這個系列先用不多的篇幅介紹了必要的量子力學基礎,然後就快速過渡到固體物理。

並且,他講固體物理的方式是我比較喜歡的「第一性原理路線」(而不是Kittel為代表的「晶體結構路線」),即從一些簡單的微觀假設出發推導宏觀性質,從Drude自由電子模型開始講起,然後過渡到量子力學假設下的能態分佈,介紹量子力學的成果如何解決Drude模型的缺陷,最後引出量子力學的最重要成果之一:半導體物理。

整個講解形象直觀,思路非常清晰、一氣呵成。只是美中不足的其中只包含了固體物理的一部分內容,但對於補充必要的量子力學基礎、以及瞭解固體物理的基本思路的目的來說,是一個不錯的入門系列。


能也不能。固體物理有一部分幾何、羣論的知識,討論晶體的對稱性、原子結構,這部分是高中基礎就能學會的。但是討論固體的電子結構、聲子等準粒子、相變等等真正有趣的話題,就必須學習量子力學。還有統計物理相關知識也必不可少。

但是不需要過於緊張,學習固體物理需要的量子力學和統計物理知識是正統量子力學和統計物理教材的一個子集。八九十年代有些固體物理書,專門面向沒學過量子力學和統計物理的學生,在書裏收錄了所需的入門級別量子力學和統計物理知識。需要快速入門可以去圖書館查詢。但是要想學會固體物理,還是需要補一補相關知識。比如,山東大學的固體物理教材很薄,是因為他們前期的量子力學和統計物理的教材較厚,可以在書裏專門寫固體物理自己的內容。如果貿然拿來參考,就會發現很難懂。

我這裡推薦盧文發老師的《量子力學和統計力學》,起點低,內容豐富,推導詳細,比較適合入門、補課。

量子力學與統計力學(理工科用)京東¥ 52.70去購買?

盧文發老師的書為什麼好?請看下邊的博文(盧老師真可謂是一個嚴謹的人):

科學網-王竹溪先生錯了嗎? - 盧文發的博文?

blog.sciencenet.cn圖標

還有發現清華大學出了一本材料專業用的和一本電子工程用的物理教材,也能滿足快速入門的需求:

材料物理基礎 高繼華 清華大學出版社京東¥ 81.30去購買?

電子工程物理基礎(第3版)¥ 33.50起2

而如果想正兒八經的補課,如下的書必不可少:

耶魯大學開放課程(基礎物理2 電磁學、光學和量子力學¥ 76.80起2

作者山卡寫了五本書,普通物理一套兩冊,上邊那個是下冊;另外三本無中文版,一本是給物理系學生寫的數學相關知識,一本是量子力學大紅皮,最後一本是凝聚態場論。前三本入門,中間一本提高,最後一本科研用。不在此推薦。

TD 量子物理--學習現代物理的基本方法 (美)湯森德京東¥ 37.90去購買?

量子力學 中南大學出版社京東¥ 58.90去購買?

上邊三本適合量子力學入門。閱讀順序從上到下。這裡我沒有推薦流行的曾謹言、張永德、Griffiths、Sakurai甚至郎道的書,是因為那些書需要稍多一點的背景知識,初學者容易受到過多負反饋而厭學。最近瀏覽百度貼吧「暗黑三吧」裏發現,玩遊戲也有這個問題。暗黑三有個專門的討論網站「凱恩之角」裡邊發帖回帖的都滿嘴術語,新手根本看不懂;網上的視頻也都是高玩在打16級大祕境,或者教人如何從1級打到70級,而中間的慢慢成長環節很少有人放視頻、教學,導致貼吧裏有新入坑沒人帶的小朋友訴苦。我們要承認一口吃不成個胖子,萬裏長徵要從第一步走起。我看的第一本高級一點的物理書是彭桓武的《理論物理基礎》,書名很嚇人,內容卻是給沒有基礎的研究生補課用的。

理論物理基礎 彭桓武京東¥ 53.70去購買?

這本書讓我看了之後大呼過癮,且瞭解到入門物理類科研需要補充哪些知識,以後可以自己找相關的書籍閱讀了。當時還是2002年,David Tong和t』Hooft的書目要麼沒出來,要麼我也不知道。當時是經常泡圖書館,發現了不少好書,讓我收穫不少。

另外,其他有些名家如程檀生的量子力學,我都沒讀過,不具有發言權。歡迎讀者在回復中推薦。

熱學 熱力學與統計物理第二版(上下冊)京東¥ 148.00去購買?

熱學 熱力學與統計物理習題解答¥ 26.40起2

上述三本一套書,把相關知識都講全了。雖然只是一家之言,但容易讓人把握一條主線。統計物理向來讓學的人感覺知識點散亂,這本書給出了一個有益嘗試。北大林宗涵的熱統我沒有讀完過,不予評論。同理有其他的書。

有志鑽研統計物理同學請看這裡:

Yongle Li:統計物理閱讀材料推薦?

zhuanlan.zhihu.com圖標

作為一個教「統計物理」的老師,以上是我一點個人的拙見,歡迎討論。

回復中有人提到了數學物理方法,確實是好的思路。但是添加數學物理方法教學有幾個問題,就是一)學完數學物理方法再開固體物理,一般的同學就會在考完試全忘光;而有志鑽研的同學,不需要開課,在上課時指出某些數學工具的出處即可。二)給材料專業的學生增加數學物理方法課,會加重學生負擔,不利於當前「新工科」模式下的減負思路。我覺得教師可以給出數學工具的來源,並鼓勵學有餘力的學生們自己去選物理系的這門課,畢竟現在很多學校都搞學分制,學生有一定的自主選擇權。三)量子力學用得較多的線性代數、函數論和泛函分析相關知識,在中南大學的《量子力學》裏已經有所體現,盧文發的書裏詳細補充了特殊函數的知識。而熱統的相關數學實則在數學物理方法課程中不屬於重點,中科大的教材在附錄裏給出了很好的介紹。

對了,說半天忘了介紹兩本好的固體物理書了,首推閻守勝老師的,較為好懂,且內容較新。(無量子力學、統計物理基礎的固體物理是我本科的時候在圖書館裡翻到過的,現在早已忘卻,抱歉!)

固體物理基礎(第三版) 北京大學出版社 閻守勝京東¥ 56.16去購買?

第二本是一本英文版的,我讀著覺得十分通俗易懂,且詳盡。我備課統計物理的時候參考過。

凝聚態物理(英文影印版) (美)米斯拉(P. K. Misra )京東¥ 148.00去購買?


費維棟. 《固體物理》 他這本書就是為了給沒學過量子力學的學生看的固體物理書。不過....我也沒看過

找個人學物理的人問問吧


可以 但不建議

為了更好地理解固體物理後期的概念 量子力學的部分基礎是很必要的

學固體物理的時候有一個很大的問題就是覺得教材非常混亂,一點都不連貫,很容易讓人不知所云,學完之後根本不知道講了些啥

這是歷史遺留問題,到量子力學之前的內容基本上都是好幾個世紀之前的,基本已經成為定論的內容,所以教材可以掰碎了碾成糊糊給你喂下去

但到了量子力學之後,到目前為止,很多問題依然沒有定論

別的不說,光量子力學的詮釋目前沒有得到一個統一認可的說法,波函數究竟是否無力時在,薛定諤方程的物理意義到現在都沒有討論清楚

但不妨礙它好用

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大概講一下固體物理的脈絡,也就是範式,簡單地說就是將大量重複單元的某種相互作用進行抽象組合,忽略一些高次方計算複雜的項,最終得到一個色散關係w(k)

其中能量E和頻率w,動量p和波矢k是正相關的,所以這個色散關係又可以視為能量和動量的關係,當討論不同粒子的相互作用時,就會照著色散關係,考慮能量守恆和動量守恆來看某一個過程是否會發生

這個波矢k又可以直接反映到倒易空間,固體物理第一章就在講倒格矢倒易空間,說白了就是前面給你打個基礎知道有k這個東西,然後在後面推推推發現 誒這個表示動量的k和倒格矢k就是一個東西然後就可以用這個數學過程直接忽略到一堆亂七八糟的推演 在第一布里淵區內就可以簡單粗暴的描述所有的物理性質

然後在推導過程中還會涉及一個態密度的東西,這就相當於說 一個態就是一對E和k,但是你看色散關係,往往他們不是一一對應的,有的時候我們需要看某一個能量E中有多少個態,就可以計算這個態密度

剩下的內容,有一部分就是在講這個理論和實際多麼多麼相符,按照這個理論怎麼樣換著方法推都能得到一樣的結果,就類似你做題的驗算

還有一部分在講這個理論與實際不相符是由於什麼什麼,比如說只考慮到二次項啊,高次項算起來太麻煩抹掉了,但實際情況還是要考慮高次項的什麼什麼的

一般本科生的固體物理就到這了,甚至說碩士的固體物理也就到這了,至於博士的固體物理,那叫凝聚態物理,你可以參考一下蝸殼的《高等固體物理》,賊帶感哦

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再梳理一下教材,首先就是以晶格振動,也就是聲子,從彈性振動出發按我上面說的一波推,推出了個色散關係,然後講了下物理性質,出發點稍有不同帶來什麼不同之類的

然後就是從薛定諤方程,兩個角度的電子-原子體系出發一波推,推出來了個一致的色散關係,然後講了下物理性質,往半導體方面進一步講了一些結論和基礎知識

你要是實在搞不懂量子力學,你就把固體物理中重要的名詞是什麼怎麼來的說明瞭什麼搞懂了就行,有些東西是需要去其他的物理裡面找的

推導公式的話,聲子部分還是很簡單的不涉及量子力學你還是要會的,電子部分你懶得搞就算了…搞清楚物理意義和物理本質是最重要的


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