

Grosso 與 Parravicini的《Solid state of physics》第一版序
本教科書源自作者們在帕維亞大學與比薩大學,為物理系學生講授「固態物理學」課程的經驗。本書面向研究生與進階程度的學生,無論其志向偏向理論研究或實驗工作皆適用。除了對波動力學具備一般可操作的基本知識之外,本書不要求特定先修條件。隨著全書推進,難度會稍微增加;不過內容始終是以非常漸進的步驟展開。
本書所呈現的材料,是為了盡可能經濟有效地完成各主題的教學或學習任務而組織起來的。章節以及章節群的整體安排,已在概要目錄中加以總結。前三章對本書主要內容具有預備性質。第四章開始分析晶體的電子結構,這是固態物理中最傳統的主題之一;第五章與第六章討論固體的能帶理論以及若干具體應用;激子與電漿子的概念則安排在第七章。接著,在第八章與第九章中,研究絕熱原理,以及電子態與晶格動力學之間的相互依存關係。
在建立晶體的電子結構與振動結構之後,第十章至第十四章描述若干研究晶體性質的實驗技術;其中包括粒子散射、光學光譜,以及輸運量測。第十五章、第十六章與第十七章討論趨於離域或局域之電子系統的電子磁性,以及協同磁性效應。最後一章則是對超導世界的導論。
從教學觀點來看,本書努力在盡可能保持嚴謹的同時,使表述維持在可理解、可進入的層次。一方面,我們希望清楚呈現基本的物理事實;另一方面,我們也希望用嚴謹的理論與數學工具來描述這些事實。本書對技術性層面給予應有的重視,並且從不把它視為可有可無;事實上,一套清楚而有支撐力的理論形式——但不流於繁瑣賣弄——對於確立物理模型的適用範圍是必要的,也足以使讀者最終能夠靠自己的雙腳繼續前進,而這正是一本有用教科書的最終目的。
各章在內容、附錄(若有)、參考文獻方面都以相對自足的方式組織,並且對表格、圖與公式各自採用該章內的連續編號方式;當引用不同於當前章節的項目時,才會加上章號。至於參考文獻,它們僅作為指示性用途,因為面對廣大的相關文獻,要全部提及都已不可能,更不用說逐一評論。由於各章是以相當自足的方式呈現,因此講授者與讀者並不被迫按照本書討論各主題的順序來閱讀;各章或各章群可以非常彈性地選取,依照個人興趣或需求,挑選最合適的主題。我們將非常有興趣,也非常樂意直接或透過通信,收到講授者與讀者的評論與建議。
一本教科書的撰寫雖然具有一般性的性質,但也需要大量專門資訊。我們認為自己很幸運,得到了帕維亞大學、比薩大學,以及比薩高等師範學院物理系同事與朋友們的慷慨協助;他們與我們分享自己的專業知識,使本書變得更好。我們特別感謝 Emilio Doni,他完成了閱讀並評論整份預覽手稿的艱鉅任務。另有幾位同事也對特定章節進行了批判性閱讀;我們尤其感謝 Lucio Claudio Andreani、Antonio Barone、Pietro Carretta、Alberto Di Lieto、Giorgio Guizzetti、Franco Marabelli、Liana Martinelli、Attilio Rigamonti。對 Saverio Moroni 精準到位的評論,我們也致上誠摯的謝意。
在結束之前,我們希望感謝所有授權我們重製其插圖的貢獻者與出版者;他們的姓名與參考資料都標示在各圖旁。我們也要感謝 Gioia Ghezzi 的鼓勵,並感謝 Serena Bureau、Manjula Goonawardena、Cordelia Sealy 與 Bridget Shine 在手稿準備過程中的協助。最後,但也永遠是最優先的,我們感謝我們的家人;他們始終相信這份手稿終將完成,並且終將對某些人有所幫助。
帕維亞與比薩,1999 年 5 月
Giuseppe Grosso 與 Giuseppe Pastori Parravicini
第二版序
近年來,固態物理的傳統領域持續進展,同時也出現了新的研究領域,充滿成果與希望。自本世紀初以來,文獻中出現了無數新穎成果,這正是《Solid State Physics》第二版的主要動機之一。
除了納入新的材料之外,本書內容也經過大幅整理,使手稿呈現出廣泛更新的面貌。此外,第二版還附有大量附錄,使全書更加充實;這些附錄有的對特定主題作更深入的處理,有的則收錄重要的已解習題,供希望提升自身技術能力的讀者使用。
《Solid State Physics》的各章在很大程度上都是自成一體的,因此可以非常彈性地選取,並分成兩個學期,用以涵蓋物理學位課程中的全年課程;也可供材料科學或電機工程學位課程使用。本書也適合那些在自身課程中未曾修習過類似深入課程的研究生。
從教學觀點來看,本書一貫的特色,是從初始模型出發,逐步提升難度,並盡可能引導讀者接近前沿科學。其目的,是在一本教科書合理的篇幅內,提供所有研究者所需的一般文化基礎;這些研究者的工作,無論已經朝向,或即將朝向固態物理這個迷人領域。
我們謹向同事們表達最深切的感謝,感謝他們提供寶貴建議;也感謝我們的學生提出富有挑戰性的問題。他們各自以自己的方式,為改進並啟發本教科書作出了最重要的貢獻。
我們也衷心感謝 Donna de Weerd-Wilson,感謝她鼓勵我們持續推進這項計畫;並感謝 Paula Callaghan、Anita Koch、Sharmila Vadivelan 與 Jessica Vaughan,感謝她們在手稿準備過程中所提供的協助與專業支持。
帕維亞與比薩,2013 年 5 月
Giuseppe Grosso 與 Giuseppe Pastori Parravicini
Giuseppe Grosso & Giuseppe Pastori Parravicini《Solid State Physics, 2nd ed.》目錄
1. Electrons in One-Dimensional Periodic Potentials
一維週期位勢中的電子
1.1 The Bloch Theorem for One-Dimensional Periodicity
一維週期性的 Bloch 定理
1.2 Energy Levels of a Single Quantum Well and of a Periodic Array of Quantum Wells
單一量子井與週期量子井陣列的能階
1.3 Transfer Matrix, Resonant Tunneling, and Energy Bands
轉移矩陣、共振穿隧與能帶
1.4 The Tight-Binding Model
緊束縛模型
1.5 Plane Waves and Nearly Free-Electron Model
平面波與近自由電子模型
1.6 Some Dynamical Aspects of Electrons in Band Theory
能帶理論中電子的若干動力學面向
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
2. Geometrical Description of Crystals: Direct and Reciprocal Lattices
晶體的幾何描述:正晶格與倒晶格
2.1 Simple Lattices and Composite Lattices
簡單晶格與複合晶格
2.2 Geometrical Description of Some Crystal Structures
若干晶體結構的幾何描述
2.3 Wigner-Seitz Primitive Cells
Wigner–Seitz 原胞
2.4 Reciprocal Lattices
倒晶格
2.5 Brillouin Zones
Brillouin 區
2.6 Translational Symmetry and Quantum Mechanical Aspects
平移對稱性與量子力學面向
2.7 Density-of-States and Critical Points
態密度與臨界點
Further Reading
延伸閱讀
3. The Sommerfeld Free-Electron Theory of Metals
金屬的 Sommerfeld 自由電子理論
3.1 Quantum Theory of the Free-Electron Gas
自由電子氣的量子理論
3.2 Fermi-Dirac Distribution Function and Chemical Potential
Fermi–Dirac 分布函數與化學勢
3.3 Electronic Specific Heat in Metals and Thermodynamic Functions
金屬的電子比熱與熱力學函數
3.4 Thermionic Emission from Metals
金屬的熱電子發射
Appendix A. Outline of Statistical Physics and Thermodynamic Relations
附錄 A:統計物理與熱力學關係概要
Appendix B. Fermi-Dirac and Bose-Einstein Statistics for Independent Particles
附錄 B:獨立粒子的 Fermi–Dirac 與 Bose–Einstein 統計
Appendix C. Modified Fermi-Dirac Statistics in a Model of Correlation Effects
附錄 C:關聯效應模型中的修正 Fermi–Dirac 統計
Further Reading
延伸閱讀
4. The One-Electron Approximation and Beyond
單電子近似及其超越
4.1 Introductory Remarks on the Many-Electron Problem
多電子問題導論
4.2 The Hartree Equations
Hartree 方程
4.3 Identical Particles and Determinantal Wavefunctions
全同粒子與行列式波函數
4.4 Matrix Elements Between Determinantal States
行列式態之間的矩陣元素
4.5 The Hartree-Fock Equations
Hartree–Fock 方程
4.6 Overview of Approaches Beyond the One-Electron Approximation
超越單電子近似的方法概觀
4.7 Electronic Properties and Phase Diagram of the Homogeneous Electron Gas
均勻電子氣的電子性質與相圖
4.8 The Density Functional Theory and the Kohn-Sham Equations
密度泛函理論與 Kohn–Sham 方程
Appendix A. Bielectronic Integrals Among Spin Orbitals
附錄 A:自旋軌域之間的雙電子積分
Appendix B. Outline of Second Quantization Formalism for Identical Fermions
附錄 B:全同費米子的第二量子化形式概要
Appendix C. An Integral on the Fermi Sphere
附錄 C:Fermi 球上的一個積分
Further Reading
延伸閱讀
5. Band Theory of Crystals
晶體的能帶理論
5.1 Basic Assumptions of the Band Theory
能帶理論的基本假設
5.2 The Tight-Binding Method (LCAO Method)
緊束縛法(LCAO 法)
5.3 The Orthogonalized Plane Wave (OPW) Method
正交化平面波法(OPW)
5.4 The Pseudopotential Method
贋勢法
5.5 The Cellular Method
蜂窩法
5.6 The Augmented Plane Wave (APW) Method
增廣平面波法(APW)
5.7 The Green’s Function Method (KKR Method)
Green 函數法(KKR 法)
5.8 Iterative Methods in Electronic Structure Calculations
電子結構計算中的疊代方法
Appendix A. Matrix Elements of the Augmented Plane Wave Method
附錄 A:增廣平面波法的矩陣元素
Appendix B. Solved Problems and Complements
附錄 B:解題與補充
Appendix C. Evaluation of the Structure Coefficients of the KKR Method with the Ewald Procedure
附錄 C:以 Ewald 程序計算 KKR 法的結構係數
Further Reading
延伸閱讀
6. Electronic Properties of Selected Crystals
若干晶體的電子性質
6.1 Band Structure and Cohesive Energy of Rare-Gas Solids
稀有氣體固體的能帶結構與凝聚能
6.2 Electronic Properties of Ionic Crystals
離子晶體的電子性質
6.3 Covalent Crystals with Diamond Structure
具有鑽石結構的共價晶體
6.4 Band Structures and Fermi Surfaces of Some Metals
若干金屬的能帶結構與 Fermi 面
6.5 Carbon-Based Materials and Electronic Structure of Graphene
碳基材料與石墨烯的電子結構
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
7. Excitons, Plasmons, and Dielectric Screening in Crystals
晶體中的激子、電漿子與介電屏蔽
7.1 Exciton States in Crystals
晶體中的激子態
7.2 Plasmon Excitations in Crystals
晶體中的電漿子激發
7.3 Static Dielectric Screening in Metals within the Thomas-Fermi Model
Thomas–Fermi 模型中的金屬靜態介電屏蔽
7.4 The Longitudinal Dielectric Function within the Linear Response Theory
線性響應理論中的縱向介電函數
7.5 Dielectric Screening within the Lindhard Model
Lindhard 模型中的介電屏蔽
7.6 Quantum Expression of the Longitudinal Dielectric Function in Crystals
晶體中縱向介電函數的量子表示
7.7 Surface Plasmons and Surface Polaritons
表面電漿子與表面極化激元
Appendix A. Friedel Sum Rule and Fumi Theorem
附錄 A:Friedel 求和規則與 Fumi 定理
Appendix B. Quantum Expression of the Longitudinal Dielectric Function in Materials with the Linear Response Theory
附錄 B:線性響應理論下材料縱向介電函數的量子表示
Appendix C. Lindhard Dielectric Function for the Free-Electron Gas
附錄 C:自由電子氣的 Lindhard 介電函數
Appendix D. Quantum Expression of the Transverse Dielectric Function in Materials with the Linear Response Theory
附錄 D:線性響應理論下材料橫向介電函數的量子表示
Further Reading
延伸閱讀
8. Interacting Electronic-Nuclear Systems and the Adiabatic Principle
交互作用的電子—原子核系統與絕熱原理
8.1 Interacting Electronic-Nuclear Systems and Adiabatic Potential-Energy Surfaces
交互作用的電子—核系統與絕熱位能面
8.2 Non-Degenerate Adiabatic Surface and Nuclear Dynamics
非簡併絕熱面與原子核動力學
8.3 Degenerate Adiabatic Surfaces and Jahn-Teller Systems
簡併絕熱面與 Jahn–Teller 系統
8.4 The Hellmann-Feynman Theorem and Electronic-Nuclear Systems
Hellmann–Feynman 定理與電子—核系統
8.5 Parametric Hamiltonians and Berry Phase
參數化 Hamiltonian 與 Berry phase
8.6 The Berry Phase Theory of the Macroscopic Electric Polarization in Crystals
晶體巨觀電極化的 Berry phase 理論
Appendix A. Simplified Evaluation of Typical Jahn-Teller and Renner-Teller Matrices
附錄 A:典型 Jahn–Teller 與 Renner–Teller 矩陣的簡化計算
Appendix B. Solved Problems and Complements
附錄 B:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
9. Lattice Dynamics of Crystals
晶體的晶格動力學
9.1 Dynamics of Monoatomic One-Dimensional Lattices
單原子一維晶格的動力學
9.2 Dynamics of Diatomic One-Dimensional Lattices
雙原子一維晶格的動力學
9.3 Dynamics of General Three-Dimensional Crystals
一般三維晶體的動力學
9.4 Quantum Theory of the Harmonic Crystal
諧振晶體的量子理論
9.5 Lattice Heat Capacity. Einstein and Debye Models
晶格熱容:Einstein 與 Debye 模型
9.6 Considerations on Anharmonic Effects and Melting of Solids
非諧效應與固體熔化的討論
9.7 Optical Phonons and Polaritons in Polar Crystals
極性晶體中的光學聲子與極化激元
Appendix A. Quantum Theory of the Linear Harmonic Oscillator
附錄 A:線性諧振子的量子理論
Further Reading
延伸閱讀
10. Scattering of Particles by Crystals
粒子被晶體散射
10.1 General Considerations
一般討論
10.2 Elastic Scattering of X-rays from Crystals and the Thomson Approximation
晶體對 X 射線的彈性散射與 Thomson 近似
10.3 Compton Scattering and Electron Momentum Density
Compton 散射與電子動量密度
10.4 Inelastic Scattering of Particles and Phonons Spectra of Crystals
粒子的非彈性散射與晶體聲子能譜
10.5 Quantum Theory of Elastic and Inelastic Scattering of Neutrons
中子彈性與非彈性散射的量子理論
10.6 Dynamical Structure Factor for Harmonic Displacements and Debye-Waller Factor
諧振位移的動態結構因子與 Debye–Waller 因子
10.7 Mössbauer Effect
Mössbauer 效應
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
11. Optical and Transport Properties of Metals
金屬的光學與輸運性質
11.1 Macroscopic Theory of Optical Constants in Homogeneous Materials
均勻材料中光學常數的巨觀理論
11.2 The Drude Theory of the Optical Properties of Free Carriers
自由載子的光學性質:Drude 理論
11.3 Transport Properties and Boltzmann Equation
輸運性質與 Boltzmann 方程
11.4 Static and Dynamic Conductivity in Metals
金屬中的靜態與動態電導率
11.5 Boltzmann Treatment and Quantum Treatment of Intraband Transitions
能帶內躍遷的 Boltzmann 處理與量子處理
11.6 The Boltzmann Equation in Electric Fields and Temperature Gradients
電場與溫度梯度中的 Boltzmann 方程
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
12. Optical Properties of Semiconductors and Insulators
半導體與絕緣體的光學性質
12.1 Transverse Dielectric Function and Optical Constants in Homogeneous Media
均勻介質中的橫向介電函數與光學常數
12.2 Quantum Theory of Band-to-Band Optical Transitions and Critical Points
能帶間光學躍遷與臨界點的量子理論
12.3 Indirect Phonon-Assisted Transitions
聲子輔助的間接躍遷
12.4 Two-Photon Absorption
雙光子吸收
12.5 Exciton Effects on the Optical Properties
激子對光學性質的影響
12.6 Fano Resonances and Absorption Lineshapes
Fano 共振與吸收線形
12.7 Optical Properties of Vibronic Systems
振電系統的光學性質
Appendix A. Transition Rates at First and Higher Orders of Perturbation Theory
附錄 A:一階與高階微擾理論中的躍遷速率
Appendix B. Optical Constants, Green’s Function and Kubo-Greenwood Relation
附錄 B:光學常數、Green 函數與 Kubo–Greenwood 關係
Further Reading
延伸閱讀
13. Transport in Intrinsic and Homogeneously Doped Semiconductors
本質半導體與均勻摻雜半導體中的輸運
13.1 Fermi Level and Carrier Density in Intrinsic Semiconductors
本質半導體中的 Fermi 能階與載子密度
13.2 Impurity Levels in Semiconductors
半導體中的雜質能階
13.3 Fermi Level and Carrier Density in Doped Semiconductors
摻雜半導體中的 Fermi 能階與載子密度
13.4 Non-Equilibrium Carrier Distributions
非平衡載子分布
13.5 Generation and Recombination of Electron-Hole Pairs in Doped Semiconductors
摻雜半導體中電子—電洞對的產生與復合
Appendix A. Solutions of Typical Transport Equations in Uniformly Doped Semiconductors
附錄 A:均勻摻雜半導體中典型輸運方程的解
Further Reading
延伸閱讀
14. Transport in Inhomogeneous Semiconductors
非均勻半導體中的輸運
14.1 Properties of the p-n Junction at Equilibrium
熱平衡下 p-n 接面的性質
14.2 Current-Voltage Characteristics of the p-n Junction
p-n 接面的電流—電壓特性
14.3 The Bipolar Junction Transistor
雙極性接面電晶體
14.4 Semiconductor Heterojunctions
半導體異質接面
14.5 Metal-Semiconductor Contacts
金屬—半導體接觸
14.6 Metal-Oxide-Semiconductor Structure
金屬—氧化物—半導體結構
14.7 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)
金屬—氧化物—半導體場效電晶體(MOSFET)
Further Reading
延伸閱讀
15. Electron Gas in Magnetic Fields
磁場中的電子氣
15.1 Magnetization and Magnetic Susceptibility
磁化與磁化率
15.2 Energy Levels and Density-of-States of a Free Electron Gas in Magnetic Fields
磁場中自由電子氣的能階與態密度
15.3 Landau Diamagnetism and de Haas-van Alphen Effect
Landau 抗磁性與 de Haas–van Alphen 效應
15.4 Spin Paramagnetism of a Free-Electron Gas
自由電子氣的自旋順磁性
15.5 Magnetoresistivity and Classical Hall Effect
磁阻率與古典 Hall 效應
15.6 Quantum Hall Effects
量子 Hall 效應
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
16. Magnetic Properties of Localized Systems and Kondo Impurities
局域系統與 Kondo 雜質的磁性
16.1 Quantum Mechanical Treatment of Magnetic Susceptibility
磁化率的量子力學處理
16.2 Permanent Magnetic Dipoles in Atoms or Ions with Partially Filled Shells
部分填滿殼層之原子或離子中的永久磁偶極
16.3 Paramagnetism of Localized Magnetic Moments
局域磁矩的順磁性
16.4 Localized Magnetic States in Normal Metals
正常金屬中的局域磁態
16.5 Dilute Magnetic Alloys and the Resistance Minimum Phenomenon
稀磁合金與電阻極小現象
16.6 Magnetic Impurity in Normal Metals at Very Low Temperatures
極低溫下正常金屬中的磁性雜質
Further Reading
延伸閱讀
17. Magnetic Ordering in Crystals
晶體中的磁有序
17.1 Ferromagnetism and the Weiss Molecular Field
鐵磁性與 Weiss 分子場
17.2 Microscopic Origin of the Coupling Between Localized Magnetic Moments
局域磁矩間耦合的微觀起源
17.3 Antiferromagnetism in the Mean Field Approximation
平均場近似中的反鐵磁性
17.4 Spin Waves and Magnons in Ferromagnetic Crystals
鐵磁晶體中的自旋波與磁振子
17.5 The Ising Model with the Transfer Matrix Method
以轉移矩陣法處理 Ising 模型
17.6 The Ising Model with the Renormalization Group Theory
以重整化群理論處理 Ising 模型
17.7 Itinerant Magnetism
巡游磁性
Appendix A. Solved Problems and Complements
附錄 A:解題與補充
Further Reading
延伸閱讀
18. Superconductivity
超導
18.1 Some Phenomenological Aspects of Superconductors
超導體的若干現象論面向
18.2 The Cooper Pair Idea
Cooper 對概念
18.3 Ground State for a Superconductor in the BCS Theory at Zero Temperature
BCS 理論中零溫超導體的基態
18.4 Excited States of Superconductors at Zero Temperature
零溫超導體的激發態
18.5 Treatment of Superconductors at Finite Temperature and Heat Capacity
有限溫超導體與熱容的處理
18.6 The Phenomenological London Model for Superconductors
超導體的現象論 London 模型
18.7 Macroscopic Quantum Phenomena
巨觀量子現象
18.8 Tunneling Effects
穿隧效應
Appendix A. The Phonon-Induced Electron-Electron Interaction
附錄 A:聲子誘發的電子—電子交互作用
Further Reading
延伸閱讀
預備知識
電子在週期位勢中運動
晶格與自由電子氣
↓
晶體電子結構
多電子理論、能帶理論、DFT、激子、電漿子
↓
電子—晶格關係
絕熱原理、phonon、晶格振動
↓
可量測物性
散射、光學、輸運、半導體元件
↓
磁場與磁性
Landau levels、Hall effect、磁有序、Kondo
↓
超導
BCS、Josephson、巨觀量子現象
1. Chapters 1–3:預備知識
這三章是進入主體前的基礎鋪墊。第一章就從:一維週期位勢中的電子開始講 Bloch 定理、能帶形成、緊束縛模型、近自由電子模型。以這本書是以用波動力學直接切入固態物理的核心:電子在週期位勢中的量子行為。第 2 章補晶格、倒晶格、Brillouin zone;第 3 章講 Sommerfeld 自由電子氣。
1–3 章建立「電子如何在晶體中運動」的最低限度語言。
2. Chapters 4–7:晶體電子結構
這是本書第一個真正核心模組。
內容包含:
- 多電子問題
- Hartree / Hartree–Fock
- 密度泛函理論 DFT
- 能帶理論
- pseudopotential
- APW、OPW、KKR 等能帶計算方法
- 具體晶體的電子性質
- 激子、電漿子、介電屏蔽
可說就是材料的量子理論 / 第一性原理材料計算的基礎。尤其第 4、5 章很重要。它不只是普通固態物理,而是把固體電子結構的理論工具講得比較技術化。
4–7 章回答:「晶體的能帶、結合、介電反應、激發態從哪裡來?」
3. Chapters 8–9:絕熱原理與晶格振動
這一組是把「電子」和「原子核/晶格」接起來。
重點是:
- Born–Oppenheimer 絕熱近似
- 電子態與核運動的相互關係
- Jahn–Teller effect
- Berry phase
- 晶格振動
- phonon
- harmonic crystal
- Debye / Einstein heat capacity
- optical phonon、polariton
固體不是只有電子,也不是只有原子排列;真正的材料性質常常來自電子態與晶格振動的耦合。
從「電子結構」過渡到「固體的振動與熱性質」。
4. Chapters 10–14:散射、光學、輸運
這一組是把前面的電子結構與晶格振動拿來解釋可量測性質。
內容包括:
- X-ray scattering
- neutron scattering
- Compton scattering
- optical spectroscopy
- Drude optical response
- Boltzmann transport
- 金屬輸運
- 半導體輸運
- p-n junction
- BJT
- MOS structure
- MOSFET
「物性測量與材料性質」的區塊。
10–14 章回答:「我們如何從實驗觀察晶體?電子結構如何表現在光學與電性上?」
把固態物理接到半導體物理與元件物理,尤其第 13、14 章。
5. Chapters 15–17:磁場效應與磁性
這一組處理磁場下電子的行為,以及材料本身的磁性。
- Landau levels
- de Haas–van Alphen effect
- classical Hall effect
- quantum Hall effects
- Landau diamagnetism
- Pauli paramagnetism
- 局域磁矩
- Kondo impurities
- ferromagnetism
- antiferromagnetism
- spin waves / magnons
- Ising model
- renormalization group
電子氣在外加磁場中的量子行為; 電子自旋與交換作用造成的集體磁性。
「電子在磁場中會怎樣?電子之間的交互作用如何產生磁性?」
6. Chapter 18:超導
最後一章單獨處理超導,代表作者把它視為固態物理的一個重要終章。
- 超導現象論
- Cooper pair
- BCS theory
- London model
- heat capacity
- energy gap
- tunneling
- Josephson effect
- macroscopic quantum phenomena
電子結構、聲子、電子—聲子作用、多體量子態,最後匯聚到超導。
Giuseppe Grosso & Giuseppe Pastori Parravicini《Solid State Physics》是先建立波動力學、能帶、多電子近似與計算方法,再把物理性質一個一個推出來,可說是「電子結構導向的進階固態物理」。

諏訪大社上社於 7 日,在諏訪市中洲、本宮附近的齋田舉行祈求五穀豐收的「御田植祭」。23 名早乙女頭戴菅笠、身穿白色裝束、繫著紅色襷帶,橫向排成一列,即使在雨中也面帶笑容,細心地栽插秧苗。
在朝日町供奉「空氣」作為神體的空氣神社,正在舉行的「空氣祭」中,6 日奉納了巫女之舞。在清爽的空氣中,3 名扮成巫女的町立宮宿小學學童表演了「豐榮之舞」。她們以一塊邊長 5 公尺、映照出周圍蒼翠山毛櫸林的鏡板作為舞台,表達對「生物不可或缺的空氣」的感謝。


過去選修的材料科學與工程學,令我了解材料的結構、熱力學、力學性質、製程設計與工程應用,然而對於「為什麼材料會有這些性質」,則需要藉由「量子物理學」,從電子結構、原子鍵結、能帶、聲子、對稱性與多體效應出發,解釋材料性質的根本來源!

