Книга: Гуртов В. А., Осауленко Р. Н. «Физика твердого тела для инженеров»

Физика твердого тела для инженеров

Серия: "Мир физики и техники"

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.

Содержание:

Предисловие...... 10 Предисловие ко второму изданию...... 12 Глава 1. Принципы строения твердых тел. Элементы кристаллографии...... 13 1. 1. Классификация конденсированных сред...... 13 1. 1. 1. Кристаллическое состояние и его классификация...... 16 1. 1. 2. Аморфное состояние...... 17 1. 1. 3. Жидкое и газообразное состояния...... 18 1. 2. Кристаллическая решетка...... 19 1. 2. 1. Элементарная ячейка. Базис решетки...... 20 1. 2. 2. Кристаллографические направления, плоскости и зоны...... 23 1. 2. 3. Сингонии кристаллов...... 25 1. 2. 4. Решетки Бравэ. Ячейка Вигнера-Зейтца...... 26 1. 3. Симметрия кристаллов...... 27 1. 3. 1. Точечные операции симметрии...... 28 1. 3. 2. Пространственные группы симметрии...... 30 1. 4. Обратная решетка...... 32 1. 5. Принцип плотной упаковки атомов...... 34 1. 6. Примеры простых кристаллических структур...... 37 1. 7. Полиморфизм...... 40 1. 8. Жидкие кристаллы...... 43 1. 9. Методы определения структуры твердых тел...... 46 1. 9. 1. Дифракционные методы...... 46 1. 9. 2. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах...... 47 1. 9. 3. Экспериментальные методы определения структуры кристаллов...... 51 1. 10. Квазикристаллы...... 54 1. 10. 1. Структура квазикристаллов...... 55 1. 10. 2. Свойства квазикристаллов...... 59 Задачи...... 62 Глава 2. Природа и типы межатомных связей...... 63 2. 1. Химическая связь и валентность...... 63 2. 2. Энергия связи...... 66 2. 3. Типы межатомных связей в твердых телах...... 71 2. 3. 1. Ионная связь...... 71 2. 3. 2. Ковалентная связь...... 75 2. 3. 3. Металлическая связь...... 78 2. 3. 4. Ван-дер-ваальсова связь. Молекулярные кристаллы...... 79 2. 3. 5. Водородная связь...... 80 2. 4. Структура веществ с ненаправленным взаимодействием...... 81 2. 5. Представление об атомных орбиталях...... 87 2. 6. Случай направленного взаимодействия. Структура веществ с ковалентными связями...... 92 2. 7. Роль обменного взаимодействия в образовании кристаллов...... 94 Задачи...... 96 Глава 3. Дефекты и диффузия в твердых телах...... 98 3. 1. Классификация дефектов...... 98 3. 2. Точечные дефекты...... 99 3. 2. 1. Дефекты по Френкелю...... 100 3. 2. 2. Дефекты по Шоттки...... 101 3. 2. 3. Термодинамика точечных дефектов...... 102 3. 2. 4. Радиационные дефекты...... 104 3. 2. 5. Центры окраски...... 106 3. 3. Дислокации...... 107 3. 3. 1. Образование дислокаций в кристалле...... 110 3. 3. 2. Движение дислокаций...... 112 3. 3. 3. Дефекты упаковки...... 116 3. 3. 4. Границы зерен...... 118 3. 3. 5. Влияние дислокаций на свойства твердых тел и методы наблюдения дислокаций...... 119 3. 4. Механизмы диффузии в твердых телах...... 123 3. 4. 1. Диффузия в кристаллах...... 125 3. 4. 2. Законы Фика...... 131 3. 5. Твердые электролиты...... 135 Задачи...... 137 Глава 4. Механические свойства твердых тел...... 138 4. 1. Тензоры напряжений и деформаций...... 140 4. 2. Закон Гука для анизотропных твердых тел и энергия упруго деформированного тела...... 147 4. 3. Распространение акустических волн в кристаллах...... 152 4. 3. 1. Поверхностные акустические волны...... 157 4. 4. Пластические свойства кристаллов...... 162 4. 4. 1. Деформация скольжением и двойникованием...... 162 4. 4. 2. Хрупкое разрушение...... 165 4. 5. Космический лифт...... 170 Задачи...... 172 Глава 5. Динамика кристаллической решетки...... 175 5. 1. Одномерные колебания однородной струны...... 175 5. 2. Гармоническое приближение...... 177 5. 3. Колебания одномерной моноатомной цепочки атомов...... 178 5. 3. 1. Зоны Бриллюэна...... 181 5. 4. Колебательный спектр двухатомной одномерной цепочки. Акустическая и оптическая ветви колебаний...... 185 5. 4. 1. Дисперсионные кривые для двухатомной одномерной цепочки...... 189 5. 5. Колебания атомов трехмерной решетки...... 191 5. 6. Упругие волны смещений атомов. Фононы...... 193 5. 6. 1. Фононные спектры в кристаллах...... 195 5. 7. Локальные фононные моды...... 197 Задачи...... 198 Глава 6. Тепловые свойства твердых тел...... 199 6. 1. Теплоемкость твердых тел...... 199 6. 1. 1. Закон Дюлонга и Пти...... 200 6. 2. Энергия тепловых колебаний решетки...... 201 6. 2. 1. Приближение Эйнштейна...... 205 6. 2. 2. Приближение Дебая...... 208 6. 3. Электронная теплоемкость и ее зависимость от температуры...... 213 6. 4. Ангармонизм колебаний атомов и тепловое расширение...... 215 6. 5. Теплопроводность твердых тел...... 221 Задачи...... 226 Глава 7. Магнитные свойства твердых тел...... 227 7. 1. Классификация магнетиков...... 227 7. 2. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электрона. Диамагнетизм...... 230 7. 2. 1. Диамагнетизм атомных остовов...... 231 7. 3. Природа парамагнетизма...... 233 7. 3. 1. Парамагнетизм электронов проводимости...... 236 7. 3. 2. Электронный парамагнитный резонанс...... 238 7. 4. Ферромагнетизм...... 240 7. 4. 1. Молекулярное поле Вейсса...... 242 7. 4. 2. Энергия обменного взаимодействия...... 245 7. 4. 3. Доменная структура ферромагнетиков...... 246 7. 4. 4. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм...... 252 7. 4. 5. Постоянные магниты...... 255 Задачи...... 258 Глава 8. Диэлектрические свойства твердых тел...... 260 8. 1. Основные характеристики диэлектриков...... 260 8. 2. Упругая поляризация...... 264 8. 2. 1. Электронная упругая поляризация...... 264 8. 2. 2. Ионная упругая поляризация...... 266 8. 2. 3. Дипольная упругая поляризация...... 268 8. 3. Тепловая (релаксационная) поляризация...... 270 8. 3. 1. Электронная тепловая поляризация...... 271 8. 3. 2. Ионная тепловая поляризация...... 272 8. 3. 3. Дипольная тепловая поляризация...... 275 8. 4. Связь между поляризуемостью и диэлектрической проницаемостью...... 277 8. 5. Электрострикция, пьезоэффект, пироэффект...... 279 8. 6. Сегнетоэлектрики...... 285 8. 7. Электреты...... 289 Задачи...... 292 Глава 9. Основы зонной теории твердого тела...... 293 9. 1. Одноэлектронное приближение. Теорема Блоха...... 294 9. 2. Изменение состояния электронов при сближении атомов...... 298 9. 2. 1. Энергетические зоны...... 299 9. 3. Приближение почти свободных электронов. Модель Кронига-Пенни...... 302 9. 4. Структура энергетических зон...... 305 9. 5. Движение электрона в периодическом поле кристалла под действием внешнего поля. Эффективная масса электрона...... 310 9. 6. Примеси и примесные уровни...... 313 9. 6. 1. Водородоподобная модель мелких уровней доноров и акцепторов...... 315 9. 6. 2. Зонная структура неупорядоченных твердых тел...... 316 Задачи...... 319 Глава 10. Электрические свойства твердых тел...... 320 10. 1. Плотность квантовых состояний в разрешенных зонах. Классический ЗБ-электронный газ...... 320 10. 2. Случай 2D-, ID- и нульмерного электронного газа...... 322 10. 2. 1. Плотность состояний в двумерной подзоне...... 323 10. 2. 2. Плотность состояний в одномерном и нульмерном случаях...... 325 10. 3. Функции распределения электронов по энергиям...... 326 10. 3. 1. Квантовая статистика Ферми-Дирака...... 326 10. 3. 2. Классическая статистика Максвелла-Больцмана...... 327 10. 4. Концентрация носителей заряда для невырожденного и вырожденного электронного газа...... 327 10. 4. 1. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике...... 328 10. 4. 2. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике...... 329 10. 4. 3. Концентрация электронов и дырок в разрешенных зонах для случая вырождения...... 330 10. 5. Энергия Ферми. Критерий вырождения электронного газа...... 331 10. 6. Проводимость металлов...... 334 10. 6. 1. Типичные свойства металлов...... 335 10. 6. 2. Свободные электроны и положительные атомные остатки (ионы)...... 336 10. 6. 3. Хаотическое и упорядоченное движение электронов...... 336 10. 7. Классическая теория свободных электронов Друде-Лоренца...... 337 10. 8. Кинетическое уравнение Больцмана...... 340 10. 9. Дифференциальный закон Ома для невырожденного электронного газа...... 342 10. 10. Подвижность свободных носителей заряда при различных механизмах рассеяния...... 343 10. 11. Проводимость в полупроводниках...... 346 Задачи...... 347 Глава 11. Оптические свойства твердых тел...... 348 11. 1. Взаимодействие электромагнитного излучения с твердым телом...... 348 11. 2. Оптические характеристики металлов, диэлектриков и полупроводников...... 349 11. 3. Генерация и рекомбинация в полупроводниках и диэлектриках...... 352 11. 3. 1. Излучательная рекомбинация в прямозонных и непрямозонных полупроводниках...... 355 11. 3. 2. Безызлучательная рекомбинация с участием глубоких примесей...... 358 11. 3. 3. Экситоны Френкеля и Ванье-Мотта...... 359 11. 4. Уравнение непрерывности...... 364 11. 5. Электрон-фононные взаимодействия. Полярон Фрёлиха...... 365 Задачи...... 366 Глава 12. Сверхпроводимость...... 367 12. 1. Эффект Мейснера. Сверхпроводники первого и второго рода...... 368 12. 2. Изотопический эффект...... 372 12. 3. Элементы зонной теории сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера. Куперовские пары...... 374 12. 4. Эффекты Джозефсона...... 379 12. 5. Высокотемпературная сверхпроводимость...... 381 12. 6. Применение сверхпроводников...... 387 Задачи...... 389 Глава 13. Равновесие фаз и фазовые переходы...... 390 13. 1. Термодинамические потенциалы...... 393 13. 1. 1. Условия фазового равновесия...... 395 13. 2. Классификация фазовых переходов...... 400 13. 3. Фазовые переходы в твердом состоянии...... 403 13. 3. 1. Кристаллизация. Теория образования зародышей...... 411 13. 3. 2. Роль межфазной границы при фазовых превращениях...... 415 13. 4. Стабильность фаз...... 418 13. 5. Фазовые переходы металл-диэлектрик...... 419 Глава 14. Поверхностные и контактные явления в твердых телах...... 424 14. 1. Термоэлектронная эмиссия с поверхности твердых тел...... 424 14. 1. 1. Ток термоэлектронной эмиссии в равновесных условиях...... 424 14. 1. 2. Термодинамическая работа выхода в полупроводниках р- и n-типов...... 426 14. 1. 3. Твердотельные приборы с электронно-дырочными переходами...... 427 14. 1. 4. Ток термоэлектронной эмиссии при наличии внешнего поля. Твердотельные катоды...... 436 14. 2. Автоэлектронная эмиссия. Туннельные микроскопы...... 440 14. 2. 1. Туннельная инжекция через треугольный барьер...... 440 14. 2. 2. Коэффициент прозрачности для туннелирования через треугольный барьер...... 441 14. 2. 3. Учет закона дисперсии E(k) при туннелировании через потенциальный барьер...... 443 14. 2. 4. Ток туннельной инжекции через треугольный барьер...... 444 14. 2. 5. Ток туннельной инжекции через трапецеидальный барьер...... 445 14. 2. 6. Туннельный микроскоп...... 446 14. 3. Область пространственного заряда на поверхности. Твердотельные полевые приборы...... 448 14. 3. 1. Эффект поля...... 448 14. 3. 2. Область пространственного заряда (ОПЗ) в равновесных условиях...... 450 14. 3. 3. Заряд в области пространственного заряда...... 453 14. 3. 4. Типы и устройство полевых транзисторов...... 456 14. 3. 5. Принцип работы МДП-транзистора...... 457 14. 3. 6. Дискретные МДП-фотоприемники...... 458 14. 3. 7. Матрицы фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС)...... 460 Задачи...... 463 Глава 15. Аморфные материалы: структура, дефекты, свойства...... 464 15. 1. Характеристики структуры аморфных материалов...... 464 15. 2. Дефекты в аморфных материалах...... 469 15. 2. 1. Собственные точечные дефекты в аморфных материалах...... 470 15. 2. 2. Собственные сеточные дефекты в аморфных материалах...... 472 15. 2. 3. Примесные точечные дефекты в аморфных материалах...... 475 15. 2. 4. Собственные объемные плоские и линейные дефекты в аморфных материалах...... 476 15. 3. Свойства некоторых аморфных материалов...... 479 Приложение А...... 483 Работа выхода из металлов (эВ)...... 483 Свойства диэлектриков...... 483 Универсальные физические постоянные...... 483 Полезные соотношения...... 483 Физические параметры важнейших полупроводников...... 484 Приложение Б...... 485 Приложение В...... 487 Нобелевские премии за работы по физике и химии твердого тела...... 487 Приложение Г...... 502 Графен...... 502 Г. 1. Атомная структура графена...... 503 Г. 2. Электрические свойства графена...... 505 Г. З. Применение графена...... 511 Решение задач...... 513 Список рекомендованной литературы...... 545 Основные обозначения...... 552 Предметный указатель...... 555 Об авторах...... 559

Издательство: "Техносфера" (2012)

ISBN: 9785948363271

Другие книги схожей тематики:

АвторКнигаОписаниеГодЦенаТип книги
В. А. Гуртов, Р. Н. ОсауленкоФизика твердого тела для инженеровУчебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела… — Техносфера, (формат: 70x100/16, 560 стр.) Подробнее...2012
668бумажная книга
В. А. ГуртовФизика твердого тела для инженеров. Учебное пособиеУчебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела… — Техносфера, Мир физики и техники электронная книга Подробнее...2012
399электронная книга
Гуртов В., Осауленко Р.Физика твердого тела для инженеров Учебное пособиеУчебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела… — (формат: Твердая глянцевая, 560 стр.) Подробнее...2012
694бумажная книга
О. МаделунгФизика твердого тела. Локализованные состоянияПредлагаемая вниманию читателей книга представляет собой часть III монографии известного физика О… — Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", (формат: 60x90/16, 184 стр.) Подробнее...1985
340бумажная книга
Бутягин П.Ю.Химическая физика твердого тела. Гриф УМО по классическому университетскому образованиюНастоящая книга является изложением оригинального курса лекций «Химическая физика твердого тела»… — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ), - Подробнее...2006
356бумажная книга
П. Ю. БутягинХимическая физика твердого телаНастоящая книга является изложением оригинального курса лекций "Химическая физика твердого тела"… — Издательство МГУ, (формат: 60x90/16, 272 стр.) Подробнее...2006
266бумажная книга
П. Ю. БутягинХимическая физика твердого тела. Гриф УМО по классическому университетскому образованиюНастоящая книга является изложением оригинального курса лекций Химическая физика твердого тела, читаемого… — Издательство МГУ, (формат: 60x90/16, 272 стр.) Подробнее...2006
461бумажная книга
Л. ЖирифалькоСтатистическая физика твердого телаВ книге Л. Жирифалько в ясной и доступной форме излагаются основы статистической физики кристаллов. В ней… — Мир, (формат: 60x90/16, 372 стр.) Подробнее...1975
100бумажная книга
Арцимович Л.А.Физика плазмы для физиковВ книге дано изложение физики плазмы как раздела современной физики в расчете на широкую физическую… — URSS, - Подробнее...2018
539бумажная книга
Арцимович Л.А.Физика плазмы для физиковВ книге дано изложение физики плазмы как раздела современной физики в расчете на широкую физическую… — URSS, - Подробнее...2018
852бумажная книга
Другие книги по запросу «Физика твердого тела для инженеров» >>

См. также в других словарях:

  • ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА — раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел. Научные данные о микроструктуре твердых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов и технических устройств. Физика… …   Энциклопедия Кольера

  • Физика —         I. Предмет и структура физики          Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… …   Большая советская энциклопедия

  • Кинематика (физика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Кинематика. Кинематика (греч. κινειν  двигаться) в физике  раздел механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движения… …   Википедия

  • дислокация — Термин дислокация Термин на английском dislocation Синонимы Аббревиатуры Связанные термины Определение линейный дефект кристаллической решетки, искажающий правильное расположение атомных (кристаллографических) плоскостей. Описание Дислокации… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Кафедра Инженерной теплофизики МЭИ — имени В.А.Кириллина (ИТФ МЭИ) …   Википедия

  • Радиофизический факультет СПбГПУ — У этого термина существуют и другие значения, см. Радиофизический факультет. Радиофизический факультет Санкт Петербургский государственный политехнический университет …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»