2023年上?？萍即髮W(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研固體物理科目考試大綱

2023年上?？萍即髮W(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研固體物理科目考試大綱

注：該考試大綱適用于上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院量子材料研究方向的材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生考試。

本《固體物理》考試大綱適用于上?？萍即髮W(xué)凝聚態(tài)物理、材料物理及相關(guān)專業(yè)的碩士研究生入學(xué)考試。固體物理學(xué)是研究固體的微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)，以及構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，是凝聚態(tài)物理的最大分支。本科目的考試內(nèi)容包括晶體結(jié)構(gòu)、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(yùn)用所學(xué)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(shí)間 180 分鐘，試卷總分 150 分

(二)試卷結(jié)構(gòu)

第一部分：簡答題，共 50 分

第二部分：計(jì)算題、證明題，共 100 分

二、考試內(nèi)容

(一)晶體結(jié)構(gòu)

1、 單晶、準(zhǔn)晶和非晶的結(jié)構(gòu)上的差別

2、 晶體中原子的排列特點(diǎn)、晶面、晶列、對稱性

3、 簡單的晶體結(jié)構(gòu)，二維和三維晶格的分類

4、 倒易點(diǎn)陣和布里淵區(qū)

5、 X 射線衍射條件、基元的幾何結(jié)構(gòu)因子及原子形狀因子

(二) 固體的結(jié)合

1、 固體結(jié)合的基本形式

2、 共價(jià)晶體，金屬晶體，分子晶體與離子晶體，范德瓦爾斯結(jié)合，氫鍵，馬德隆常數(shù)

(三) 晶格振動與晶體的熱學(xué)性質(zhì)

1、 一維鏈的振動：單原子鏈、雙原子鏈、聲學(xué)支、光學(xué)支、色散關(guān)系

2、 格波、簡正坐標(biāo)、聲子、聲子振動態(tài)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(yīng)：熱膨脹、熱傳導(dǎo)

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(fèi)密面、能態(tài)密度和能帶的特點(diǎn)

5、 表面電子態(tài)

(五) 晶體中電子在電場和磁場中的運(yùn)動

1、 恒定電場作用下電子的運(yùn)動 

2、 用能帶論解釋金屬、半導(dǎo)體和絕緣體，以及空穴的概念

3、 恒定磁場中電子的運(yùn)動

4、 回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應(yīng)

(六) 金屬電子論

1、 金屬自由電子的模型和基態(tài)性質(zhì)

2、 金屬自由電子的熱性質(zhì)

3、 電子在外加電磁場中的運(yùn)動、漂移速度方程、霍耳效應(yīng)

(七) 半導(dǎo)體電子論

1、 半導(dǎo)體基本能帶結(jié)構(gòu)

2、 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)

3、 半導(dǎo)體中電子的費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布

4、 PN 結(jié)

5、 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體系統(tǒng)

(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(jié)構(gòu)

a) 理解單晶、準(zhǔn)晶和非晶材料原子排列在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)以及二維和三維晶格的分類

d) 掌握倒易點(diǎn)陣和布里淵區(qū)的概念，能夠熟練地求出倒格子矢量和布里淵區(qū)

e) 了解 X 射線衍射條件、基元的幾何結(jié)構(gòu)因子及原子形狀因子

(二) 固體的結(jié)合

a) 了解固體結(jié)合的幾種基本形式

b) 理解離子性結(jié)合、共價(jià)結(jié)合、金屬性結(jié)合、范德瓦爾斯結(jié)合等概念

(三) 晶格振動與晶體的熱學(xué)性質(zhì)

a) 熟練掌握并理解其物理過程，要求能靈活應(yīng)用：一維鏈的振動(單原子鏈、雙原子鏈)、聲學(xué)支、光學(xué)支、色散關(guān)系

b) 清楚掌握格波、簡正坐標(biāo)、聲子、聲子振動態(tài)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(yīng)用：固體熱容：愛因斯坦模型、德拜模型

d) 了解非簡諧效應(yīng)：熱膨脹、熱傳導(dǎo)

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(yīng)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(yīng)用：緊束縛近似

d) 深刻理解費(fèi)密面、能態(tài)密度和能帶的特點(diǎn)

e) 了解電子表面態(tài)與晶體內(nèi)部電子態(tài)的區(qū)別

(五) 晶體中電子在電場和磁場中的運(yùn)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(yùn)動

b) 能夠用能帶論解釋金屬、半導(dǎo)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(yùn)動

d) 能夠解釋回旋共振、德·哈斯-范·阿爾芬效應(yīng)

(六) 金屬電子論

a) 熟練掌握金屬自由電子的模型和基態(tài)性質(zhì)

b) 了解金屬自由電子的熱性質(zhì)

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

(七) 半導(dǎo)體電子論

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

b) 施主與受主的能級估計(jì)

c) 載流子隨溫度變化的關(guān)系

d) PN 結(jié)的形成，能帶結(jié)構(gòu)，以及電流-電壓特性

e) 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體形成二維電子氣體的機(jī)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(jì)算

c) 熟悉泡利順磁的計(jì)算，了解朗道抗磁的來源

d) 了解鐵磁材料的特點(diǎn)，了解自發(fā)磁化的機(jī)理，了解高溫順磁并熟悉其與泡利順磁的區(qū)別

四、主要參考教材

1、黃昆編著，《固體物理學(xué)》，第1版，北京大學(xué)出版社，2009年9月1日

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

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2023年上?？萍即髮W(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研固體物理科目考試大綱