2023年上海科技大學材料科學與工程專業考研固體物理科目考試大綱

注：該考試大綱適用于上海科技大學物質科學與技術學院量子材料研究方向的材料科學與工程專業研究生考試。

本《固體物理》考試大綱適用于上海科技大學凝聚態物理、材料物理及相關專業的碩士研究生入學考試。固體物理學是研究固體的微觀結構、物理性質，以及構成物質的各種粒子的運動規律的學科，是凝聚態物理的最大分支。本科目的考試內容包括晶體結構、晶格振動、能帶理論和金屬電子論等。要求考生深入理解其基本概念，有清楚的物理圖象，熟練掌握基本的物理方法，并具有綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。

一、考試形式

(一)閉卷，筆試，考試時間 180 分鐘，試卷總分 150 分

(二)試卷結構

第一部分：簡答題，共 50 分

第二部分：計算題、證明題，共 100 分

二、考試內容

(一)晶體結構

1、 單晶、準晶和非晶的結構上的差別

2、 晶體中原子的排列特點、晶面、晶列、對稱性

3、 簡單的晶體結構，二維和三維晶格的分類

4、 倒易點陣和布里淵區

5、 X 射線衍射條件、基元的幾何結構因子及原子形狀因子

(二) 固體的結合

1、 固體結合的基本形式

2、 共價晶體，金屬晶體，分子晶體與離子晶體，范德瓦爾斯結合，氫鍵，馬德隆常數

(三) 晶格振動與晶體的熱學性質

1、 一維鏈的振動：單原子鏈、雙原子鏈、聲學支、光學支、色散關系

2、 格波、簡正坐標、聲子、聲子振動態密度、長波近似

3、 固體熱容：愛因斯坦模型、德拜模型

4、 非簡諧效應：熱膨脹、熱傳導

5、 中子的非彈性散射測聲子能譜

(四) 能帶理論

1、 布洛赫定理

2、 近自由電子模型

3、 緊束縛近似

4、 費密面、能態密度和能帶的特點

5、 表面電子態

(五) 晶體中電子在電場和磁場中的運動

1、 恒定電場作用下電子的運動 

2、 用能帶論解釋金屬、半導體和絕緣體，以及空穴的概念

3、 恒定磁場中電子的運動

4、 回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應

(六) 金屬電子論

1、 金屬自由電子的模型和基態性質

2、 金屬自由電子的熱性質

3、 電子在外加電磁場中的運動、漂移速度方程、霍耳效應

(七) 半導體電子論

1、 半導體基本能帶結構

2、 半導體中的雜質

3、 半導體中電子的費米統計分布

4、 PN 結

5、 金屬-絕緣體-半導體系統

(八) 固體的磁性

1、 原子的磁性

2、 固體磁性概述

3、 電子的泡利順磁和朗道抗磁性

4、 鐵磁性

三、考試要求

(一)晶體結構

a) 理解單晶、準晶和非晶材料原子排列在結構上的差別

b) 掌握原胞、基矢的概念，清楚晶面和晶向的表示，了解對稱性

c) 了解簡單的晶體結構以及二維和三維晶格的分類

d) 掌握倒易點陣和布里淵區的概念，能夠熟練地求出倒格子矢量和布里淵區

e) 了解 X 射線衍射條件、基元的幾何結構因子及原子形狀因子

(二) 固體的結合

a) 了解固體結合的幾種基本形式

b) 理解離子性結合、共價結合、金屬性結合、范德瓦爾斯結合等概念

(三) 晶格振動與晶體的熱學性質

a) 熟練掌握并理解其物理過程，要求能靈活應用：一維鏈的振動(單原子鏈、雙原子鏈)、聲學支、光學支、色散關系

b) 清楚掌握格波、簡正坐標、聲子、聲子振動態密度、長波近似等概念

c) 熟練掌握并理解其物理過程，要求能靈活應用：固體熱容：愛因斯坦模型、德拜模型

d) 了解非簡諧效應：熱膨脹、熱傳導

e) 了解中子的非彈性散射測聲子能譜

(四) 能帶理論

a) 深刻理解布洛赫定理

b) 熟練掌握并理解其物理過程，要求能靈活應用：近自由電子模型

c) 熟練掌握并理解其物理過程，要求能靈活應用：緊束縛近似

d) 深刻理解費密面、能態密度和能帶的特點

e) 了解電子表面態與晶體內部電子態的區別

(五) 晶體中電子在電場和磁場中的運動

a) 熟練掌握并理解其物理過程：恒定電場作用下電子的運動

b) 能夠用能帶論解釋金屬、半導體和絕緣體，掌握空穴的概念

c) 熟練掌握并理解其物理過程：恒定磁場中電子的運動

d) 能夠解釋回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應

(六) 金屬電子論

a) 熟練掌握金屬自由電子的模型和基態性質

b) 了解金屬自由電子的熱性質

c) 熟練掌握并理解其物理過程：電子在外加電磁場中的運動、漂移速度方程、霍耳效應

(七) 半導體電子論

a) 了解帶隙的分類及其對半導體中光電相互作用的影響;了解載流子有效質量的定義與計算

b) 施主與受主的能級估計

c) 載流子隨溫度變化的關系

d) PN 結的形成，能帶結構，以及電流-電壓特性

e) 金屬-絕緣體-半導體形成二維電子氣體的機理

(八) 固體的磁性

a) 初步了解 Hund 定則

b) 熟悉固體磁性的分類，熟悉磁化率的定義與計算

c) 熟悉泡利順磁的計算，了解朗道抗磁的來源

d) 了解鐵磁材料的特點，了解自發磁化的機理，了解高溫順磁并熟悉其與泡利順磁的區別

四、主要參考教材

1、黃昆編著，《固體物理學》，第1版，北京大學出版社，2009年9月1日

2、閻守勝編著，《固體物理基礎》，第3版，北京大學出版社，2011年6月1日

原文鏈接：

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