固体物理学

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固体物理学是凝聚态物理学中最大的分支。它研究的对象是固体，特别是原子排列具有周期性结构的晶体。固体物理学的基本任务是从微观上解释固体材料的宏观物理性质，主要理论基础是非相对论性的量子力学，还会使用到电动力学、统计物理中的理论。主要方法是应用薛定谔方程来描述固体物质的电子态，并使用布洛赫波函数表达晶体周期性势场中的电子态。在此基础上，发展了固体的能带论，预言了半导体的存在，并且为晶体管的制造提供理论基础。

目录

背景

固态材料由紧密堆积的原子所构成，原子之间有强烈的作用力。此作用力决定了固体的机械性质（如硬度及弹性）、热学、电学、磁学与光学等特性。根据组成物质及形成材料时的条件，材料内的原子可能会形成规则（晶体，包括金属 和冰）或是不规则（无定形体，像是一般常见的玻璃）的排列。

作为一个一般性的理论，固体物理学的研究主要聚焦于晶体。这主要是因为晶体中原子的周期性有助于数学模型的建立。同样地，晶体材料往往有可以利用在工程学上的电机、磁学、光学或机械工程性质。

晶体中微粒的作用力有多种形式。离子晶体中，阴阳离子以离子键结合。分子晶体中，参与成键的原子通过共用电子形成共价键结合。金属晶体中，电子离域，形成金属键。惰性气体不成键；固态时，将其聚集的力量来自于各个原子的电子云极化所造成的范德瓦耳斯力。不同种固体之间的差异，便是源于键结种类的不同。

历史

尽管固体的物理性质在数世纪以来一直是科学界中普遍的问题，以“固体物理学”为名的研究领域出现却迟至1940年代才出现，特别随着美国物理学会的固态物理部门（Division of Solid State Physics, DSSP）的建立而确定。固态物理部门满足了工业界中物理学家的需求，固体物理学也因此与固体相关实验在技术上的运用连结在一起。到了1960年代初期，固态物理部门已成为美国物理学会中最大的部门。

二战后，欧洲也出现了大型的固体物理学家社群，特别是在英国、德国及苏联。在美国及欧洲，固态物理因在半导体、超导现象、核磁共振等现象上的研究而成为重要的研究领域。冷战早期，固态物理的研究对象往往不仅止于固体，为1970年代至1980年代凝聚态物理学的发展奠基。凝聚态物理学主要由研究固体、液体、等离子体及其他复合物的常用技巧组成。目前，固体物理学通常被认为是凝聚态物理学的分支，专注于具固定晶格的固体的性质。

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