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| 內容簡介： |
本书译自C.基泰尔教授所著《固体物理导论》2018年全球版(即第9版)。在新版中，作者对该书的论述内容和章节安排进行了极其重要的拓展和调整。新版增加了体现研究成果或学术前沿的习题和讨论。全书共分22章，基本上涵盖了现代固体物理学的理论基础和重要课题；比如高温超导物理、整数与分数量子霍尔效应、纳米结构体系的电子输运等。本书从晶体结构、晶格振动和电子运动的理论出发，通过引入各种元激发的模型、概念，系统阐述了固体的热学性质、光学性质、电学性质、磁学性质及力学性质。同时，本书还讨论了非晶固体、点缺陷、位错以及合金等方面的问题。
本书内容丰富、结构完整、思路清晰、表述深入浅出、学术特色鲜明，是系统性与先进性的完美结合。该书不仅可以作为各大学物理学、材料科学与工程、电子科学与技术、微电子学与集成电路、化学等相关专业的本科生、研究生教材，同时对从事相关专业研究的科技工作者也是一本极好的参考书。
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| 關於作者： |
C.基泰尔 （Charles Kittel）本科阶段在麻省理工学院以及英国剑桥大学卡文迪许实验室学习物理，并在威斯康辛大学获得博士学位。他曾在贝尔实验室固态研究组与约翰·巴丁(John Bardeen)以及威廉·肖克利(William Shockley)一起工作（这两位与沃尔特·布喇顿Walter Brattain因为共同发明了晶体管而获得了1956年的诺贝尔物理学奖）。基泰尔于1951年离开贝尔实验室到伯克利建立了固体物理理论研究组。他的研究领域主要集中于磁学以及半导体物理学。在磁学领域，他发展了铁磁以及反铁磁共振理论以及铁磁畴理论，并拓展了磁极化子布洛赫理论。在半导体物理学领域， 他参与了 一个回旋以及等离子体共振实验并将结果扩展到杂质态理论以及电子空穴液滴凝聚相。
C.基泰尔曾获得三次古根海姆奖学金（Guggenheim fellowships），奥利弗·巴克利 （Oliver Buckley）固体物理奖， 并由于其在物理教学上的杰出贡献获得美国物理教师协会颁发的奥斯特奖章（奥斯特是丹麦物理学家，其因发现电与磁的相互作用而）。C.基泰尔也是美国国家科学院院士以及美国艺术与科学学院院士。
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| 目錄：
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第1章晶体结构1
1.1原子的周期性阵列2
1.1.1晶格平移矢量3
1.1.2结构基元与晶体结构3
1.1.3原胞4
1.2晶格的基本类型5
1.2.1二维晶格的分类5
1.2.2三维晶格的分类7
1.3晶面指数系统9
1.4简单晶体结构10
1.4.1氯化钠型结构10
1.4.2氯化铯型结构11
1.4.3六角密堆积（hcp）型结构12
1.4.4金刚石型结构13
1.4.5立方硫化锌型结构14
1.5原子结构的直接成像14
1.6非理想晶体结构15
1.6.1无规堆垛和多型性15
1.7晶体结构的有关数据15
小结18
习题18
第2章晶体衍射和倒格子19
2.1晶体衍射19
2.1.1布拉格定律19
2.2散射波振幅21
2.2.1傅里叶分析21
2.2.2倒格矢23
2.2.3衍射条件24
2.2.4劳厄方程25
2.3布里渊区26
2.3.1简单立方晶格的倒格子28
2.3.2体心立方晶格的倒格子28
2.3.3面心立方晶格的倒格子29
2.4结构基元的傅里叶分析30
2.4.1体心立方晶格的结构因子31
2.4.2面心立方晶格的结构因子31
2.4.3原子形状因子32
小结33
习题33
第3章晶体结合与弹性常量36
3.1惰性气体晶体41
3.1.1范德瓦耳斯-伦敦相互作用41
3.1.2排斥相互作用44
3.1.3平衡晶格常量45
3.1.4内聚能46
3.2离子晶体46
3.2.1静电能或马德隆（Madelung）能48
3.2.2马德隆常数的计算49
3.3共价晶体51
3.4金属晶体53
3.5氢键晶体53
3.6原子半径54
3.6.1离子晶体半径54
3.7弹性应变的分析56
3.7.1膨胀57
3.7.2应力分量58
3.8弹性顺度与劲度常量58
3.8.1弹性能密度59
3.8.2立方晶体的弹性劲度常量59
3.8.3体积弹性模量与压缩率60
3.9立方晶体中的弹性波61
3.9.1沿［100］方向的弹性波62
3.9.2沿［110］方向的弹性波62
小结64
习题65
第4章 声子（Ⅰ）：晶格振动67
4.1单原子结构基元情况下的晶格振动67
4.1.1布里渊区69
4.1.2群速70
4.1.3长波极限71
4.1.4从实验出发的力常量的推导71
4.2基元中含有两个原子的情况71
4.3弹性波的量子化74
4.4声子动量75
4.5声子引起的非弹性散射75
小结76
习题77
第5章声子（Ⅱ）：热学性质79
5.1声子比热容79
5.1.1普朗克分布80
5.1.2简正模的计算方法80
5.1.3一维情况下的态密度81
5.1.4三维情况下的态密度83
5.1.5计算态密度的德拜模型83
5.1.6德拜的T3律84
5.1.7计算态密度的爱因斯坦模型85
5.1.8D(ω)的一般表达式87
5.2晶体非谐相互作用88
5.2.1热膨胀89
5.3导热性89
5.3.1声子气的热阻率91
5.3.2倒逆过程92
5.3.3非理想晶格的情况93
习题94
第6章自由电子费米气96
6.1一维情况下的能级97
6.2温度对费米-狄拉克分布的影响99
6.3三维情况下的自由电子气100
6.4电子气的比热容102
6.4.1金属比热容的实验结果105
6.4.2重费米子106
6.5电导率和欧姆定律106
6.5.1金属电阻率的实验结果108
6.5.2倒逆散射109
6.6在磁场中的运动110
6.6.1霍尔效应111
6.7金属的热导率113
6.7.1热导率与电导率之比113
习题113
第7章能带116
7.1近自由电子模型117
7.1.1能隙的由来118
7.1.2能隙的大小119
7.2布洛赫函数120
7.3克勒尼希-彭尼模型120
7.4电子在周期势场中的波动方程122
7.4.1关于布洛赫定理的另一种表述形式124
7.4.2电子的格波动量124
7.4.3关于中心方程的解124
7.4.4倒易空间中的克勒尼希-彭尼模型125
7.4.5空格点近似126
7.4.6在布里渊区边界附近的近似解126
7.5能带中的轨道数目129
7.5.1金属和绝缘体129
小结130
习题130
第8章半导体晶体132
8.1带隙134
8.2运动方程136
8.2.1公式hk=F的物理推导137
8.2.2空穴138
8.2.3有效质量140
8.2.4有效质量的物理基础141
8.2.5半导体中的有效质量142
8.2.6硅和锗144
8.3本征载流子浓度145
8.3.1本征迁移率147
8.4杂质导电性148
8.4.1施主态148
8.4.2受主态150
8.4.3施主和受主的热致电离151
8.5温差电效应151
8.6半金属152
8.7超晶格153
8.7.1布洛赫振子153
8.7.2齐纳隧道效应153
小结154
习题154
第9章费米面和金属156
简约布里渊区图式157
周期布里渊区图式159
9.1费米面的结构159
9.1.1近自由电子的情况160
9.2电子轨道、空穴轨道和开放轨道162
9.3能带的计算164
9.3.1能带计算的紧束缚法164
9.3.2维格纳-赛茨法166
9.3.3内聚能167
9.3.4赝势法168
9.4费米面研究中的实验方法171
9.4.1磁场中的轨道量子化171
9.4.2德哈斯-范阿尔芬效应172
9.4.3极值轨道175
9.4.4铜的费米面175
9.4.5磁击穿177
小结178
习题178
第10章超导电性180
10.1实验结果概述181
10.1.1超导电性的普遍性183
10.1.2磁场导致超导电性的破坏184
10.1.3迈斯纳效应184
10.1.4比热容186
10.1.5能隙187
10.1.6微波及红外性质188
10.1.7同位素效应189
10.2理论研究概述189
10.2.1超导相变热力学189
10.2.2伦敦方程191
10.2.3相干长度193
10.2.4超导电性的BCS理论194
10.2.5BCS基态194
10.2.6超导环内的磁通量子化195
10.2.7持续电流的存在时间197
10.2.8第Ⅱ类超导体197
10.2.9涡旋态198
10.2.10Hc1和Hc2的估算198
10.2.11单粒子隧道效应200
10.2.12约瑟夫森超导体隧道贯穿现象201
10.2.13直流（DC）约瑟夫森效应201
10.2.14交流（AC）约瑟夫森效应202
10.2.15宏观量子相干性203
10.3高温超导体204
小结（CGS）205
习题205
参考文献206
第11章抗磁性与顺磁性207
11.1朗之万抗磁性方程208
11.2单核体系抗磁性的量子理论209
11.3顺磁性210
11.4顺磁性的量子理论210
11.4.1稀土离子212
11.4.2洪德定则212
11.4.3铁族离子213
11.4.4晶体场劈裂214
11.4.5轨道角动量猝灭214
11.4.6光谱劈裂因子216
11.4.7与温度无关的范弗莱克顺磁性216
11.5绝热去磁致冷217
11.5.1核去磁218
11.6传导电子的顺磁磁化率219
小结（CGS）221
习题221
第12章铁磁性与反铁磁性223
12.1铁磁序224
12.1.1居里点和交换积分224
12.1.2饱和磁化强度对温度的依赖关系226
12.1.3零度下的饱和磁化强度227
12.2磁波子229
12.2.1自旋波的量子化231
12.2.2磁波子的热激发231
12.3中子磁散射232
12.4亚铁磁序233
12.4.1亚铁磁体的居里温度及其磁化率234
12.4.2铁石榴石（Iron Garnets）235
12.5反铁磁序235
12.5.1奈尔温度以下的磁化率237
12.5.2反铁磁性磁波子238
12.6铁磁畴239
12.6.1各向异性能240
12.6.2畴间的过渡区域241
12.6.3磁畴的起因242
12.6.4矫顽力和磁滞243
12.7单畴粒子244
12.7.1地磁和生物磁性245
12.7.2磁力显微术245
小结（CGS）246
习题246
第13章磁共振249
13.1核磁共振250
13.1.1运动方程251
13.2谱线宽度255
13.2.1线宽的运动致窄效应255
13.3超精细劈裂257
13.3.1举例：顺磁性点缺陷258
A.卤化碱晶体中的F心258
B.硅中的施主原子259
13.3.2奈特移位（Knight Shift）260
13.4核四极矩共振261
13.5铁磁共振261
13.5.1铁磁共振（FMR）中的形状效应262
13.5.2自旋波共振262
13.6反铁磁共振264
13.7电子顺磁共振265
13.7.1线宽的交换致窄效应265
13.7.2谱线的零场劈裂现象265
13.8微波激射作用的原理265
13.8.1三能级微波激射器266
13.8.2激光器267
小结（CGS）268
习题268
第14章介电体和铁电体270
A.麦克斯韦方程组(Maxwell Equations)271
B.极化强度（Polarization)271
14.1宏观电场272
14.1.1退极化场E1273
14.2原子位置上的局部场275
14.2.1洛伦兹场E2276
14.2.2空腔内诸偶极子的场E3276
14.3介电常量与极化率277
14.3.1电子极化率278
14.3.2电子极化率的经典理论279
14.3.3举例：频率依赖性279
14.4结构相变279
14.5铁电晶体280
14.5.1铁电晶体的分类280
14.6位移相变282
14.6.1软光学声子283
14.6.2相变的朗道（Landau）理论284
14.6.3二级相变285
14.6.4一级相变285
14.6.5反铁电性286
14.6.6铁电畴288
14.6.7压电性288
小结(CGS)290
习题290
第15章等离体子、电磁耦子和极化子293
15.1电子气的介电函数294
15.1.1介电函数的定义294
15.1.2等离体光学294
15.1.3电磁波的色散关系296
15.1.4等离体中的横光学模296
15.1.5金属的紫外透明性297
15.1.6纵等离体振荡297
15.2等离体子（Plasmon）298
15.3静电屏蔽300
15.3.1屏蔽库仑势302
15.3.2赝势分量U(0)302
15.3.3莫特型金属-绝缘体转变303
15.3.4金属中的屏蔽效应和声子304
15.4电磁耦子304
15.4.1LST关系306
15.5电子-电子相互作用309
15.5.1费米液体309
15.5.2电子-电子碰撞310
15.6电子-声子相互作用：极化子311
15.7线型金属的派尔斯失稳性313
小结（CGS）314
习题314
第16章光学过程与激子317
16.1光学反射比318
16.1.1 克拉默斯-克勒尼希关系319
16.1.2数学注释320
16.1.3举例：无碰撞电子气的电导率321
16.1.4电子的带间跃迁321
16.2激子322
16.2.1弗仑克尔激子323
A.卤化碱晶体325
B.分子晶体325
16.2.2弱束缚（莫特-万尼尔）激子326
16.2.3激子凝聚为电子-空穴液滴（EHD）326
16.3晶体中的拉曼效应328
16.3.1利用X射线得到的电子谱329
16.4快粒子在固体中的能量损失330
小结332
习题332
第17章表面与界面物理334
17.1重构和弛豫334
17.2表面晶体学335
17.2.1反射高能电子衍射337
17.3 表面电子结构338
17.3.1 功函数338
17.3.2 热电子发射339
17.3.3表面态339
17.3.4表面上的切向输运340
17.4二维通道情况下的磁致电阻效应341
17.4.1整数量子霍尔效应（IQHE）342
17.4.2真实系统中的IQHE343
17.4.3分数量子霍尔效应（FQHE）344
17.5 p-n结345
17.5.1整流特性346
17.5.2太阳电池和光生伏打型检测器346
17.5.3肖特基势垒346
17.6异质结结构347
17.6.1n-N异质结348
17.7半导体激光器349
17.8发光二极管（LED）350
习题351
第18章纳米结构353
18.1纳米结构的显微成像技术355
18.1.1电子显微技术356
18.1.2 光学显微技术357
18.1.3扫描隧道显微技术358
18.1.4 原子力显微技术359
18.2 一维（1D）系统的电子结构361
18.2.1一维（1D）子带361
18.2.2范霍甫（Van Hove）奇点的光谱技术362
18.2.3一维金属——库仑相互作用和晶格耦合362
18.3一维情况下的电输运365
18.3.1电导量子化和Landauer公式365
18.3.2串联共振隧道效应中的双势垒366
18.3.3非相干相加和欧姆定律368
18.3.4定域化368
18.3.5电压探头及Buttiker-Landauer理论369
18.4零维（0D）系统的电子结构372
18.4.1量子化能级372
18.4.2半导体纳米晶373
18.4.3金属量子点374
18.4.4离散电荷态375
18.5零维（0D）情况下的电输运377
18.5.1库仑振荡377
18.5.2自旋、莫特绝缘体和近藤效应379
18.5.3超导量子点中的库珀对效应380
18.6振动性质和热学性质381
18.6.1量子化振动模381
18.6.2横振动382
18.6.3比热容及热输运383
小结384
习题384
第19章非晶固体387
19.1衍射图样387
19.1.1单原子非晶材料388
19.1.2径向分布函数389
19.1.3透明石英（SiO2）的结构389
19.2玻璃391
19.2.1黏度和原子（分子）的跳迁速率392
19.3非晶铁磁体393
19.4非晶半导体393
19.5非晶固体中的低能激发394
19.5.1比热容的计算394
19.5.2热导率396
19.6纤维光学396
19.6.1瑞利（Rayleigh）衰减397
习题397
第20章点缺陷399
20.1晶格空位399
20.2扩散401
20.2.1金属403
20.3色心403
20.3.1F心404
20.3.2卤化碱晶体中的其他色心404
习题406
第21章位错407
21.1单晶体的剪切强度407
21.1.1滑移408
21.2位错409
21.2.1伯格斯矢量（Burgers Vector）411
21.2.2位错应力场412
21.2.3低角晶界413
21.2.4位错密度415
21.2.5位错增殖和滑移415
21.3合金的强度416
21.4位错与晶体生长418
21.4.1晶须419
21.5材料的硬度420
习题420
第22章合金422
22.1概述422
22.2替代式固溶体——休姆-罗瑟里（Hume-Rothery）定则424
22.3有序-无序转变427
22.3.1有序化的基本理论428
22.4相图430
22.4.1共晶现象430
22.5过渡金属合金431
22.5.1导电性433
22.6近藤效应433
习题435
附录436
附录A反射谱线对温度的依赖关系436
附录B计算格点和的埃瓦尔德方法438
B1.关于偶极子阵列格点和的埃瓦尔德-科尔菲尔德计算方法440
附录C弹性波的量子化：声子440
C1.声子坐标441
C2.产生算符与湮灭算符442
附录D费米-狄拉克分布函数444
附录Edk/dt表达式的推导445
附录F玻尔兹曼输运方程446
F1.粒子扩散447
F2.经典分布447
F3.费米-狄拉克分布449
F4.电导率450
附录G矢势、场动量和规范变换450
G1.拉格朗日运动方程450
G2.哈密顿量的推导451
G3.场动量451
G4.规范变换452
G5.伦敦方程中的规范453
附录H库珀对453
附录I金兹堡-朗道方程455
附录J电子-声子碰撞457
常用数值表460
元素周期表
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译者前言
本书译自（美）C.基泰尔著《固体物理导论》2018年国际版（第九版）。原著作者C.基泰尔教授是一位国际著名的物理学家，多年来他一直活跃在磁性物理、半导体物理、超导理论及其相关材料研究等领域，取得了丰硕成果。该书自1953年正式出版以来，曾先后于1956年、1966年、1971年、1976年、1986年、1996年、2005年和2018年出版修订版。近70年来，该书一直是世界范围内各著名大学相关专业“固体物理”的教材，是一部国际公认的经典著作。
本书内容丰富、结构合理，论述深入浅出，物理概念清晰，学术特色突出，是系统性和先进性的完美结合。作者将实验结果与理论成果有机结合，在公式推导和物理过程的描述上简洁、清新而独特，流畅易读，引人入胜。新版增加了反映学术前沿和研究成果的习题与讨论，并对内容体系与章节安排进行了更加合理地调整和完善。全书共分为22章，基本上涵盖了现代固体物理学的理论基础与重要课题。书中附有大量插图和翔实的数据表格，与正文配合，能够更清晰地表述所要阐明的内容。书中物理量的数值和公式一般都用CGS与SI单位制并列给出，且在书后附有作者精选的相关附录，这为读者阅读本书提供了极大的方便。
原书第二版（高等教育出版社1962年出版）、第五版（科学出版社1979年出版）和第八版（化学工业出版社2005年出版）曾有中译本；鉴于版在其内容与结构等方面的调整更新，因而有必要依照新版重译出版，以飨读者。
原书存在的印刷错误或笔误，凡是译者发现并且确认的，均已在中译版改正，限于篇幅，一般不加译注。关于不同语系作品之互译，真正实现“信、达、雅”，非是易事。有时，一句话抑或一个词的拿捏，都要多方查证，反复推敲，正所谓“文章千古事，得失寸心知”。毋庸讳言，现代科学技术肇始于西方且根植于西方文化传统和符号逻辑体系，吾辈东方方块字之传人，须经一番寒彻骨，方得梅花扑鼻香。只有一代又一代认真努力，方能达成“别开天地，另创一派学问”。其实，“舍物欲、弃名利，细读经典、潜心学问”，这不只是一种境界，更是一种情怀。值此基泰尔《固体物理导论》新版中译本出版之际，一如既往，译者期望各位读者开卷有益。
从本书的翻译策划到后完稿付梓，化学工业出版社给予了大力支持。在此，译者表示衷心感谢。限于译者学识水平，不妥之处，敬请读者指正。
译者2021年元月于昆明呈贡大学城
原著新版前言
本书是固体物理学和凝聚态物理学基础教材的国际版（第九版），适合物理学、化学及工程学等相关专业高年级本科生和研究生使用。自本书版问世以来，固体物理学等领域一直在蓬勃发展，并在应用方面取得了令人瞩目的成就。如何使本书既能反映该领域丰富多彩的进展，又能保持其作为教材的基础水平，成为作者必须面临的一大挑战。作者在论述这一厚重而又欣欣向荣的物理学领域时也力求避免落入呆板化和公式化。
想当年，在1953年本书版出版的时候，人们还不能理解超导电性，对金属费米面的研究才刚刚开始，关于永磁体更是知之甚少；当时也只有少数的几位物理学家相信真的存在自旋波；纳米物理学更是40年之后的事情。相比之下，其他领域的情况也差不多：DNA的结构刚刚被确定，地球的大陆漂移学说刚刚被接受。当年与现今一样，都是科学史上的伟大时代。因此，能够通过本书的不断修订出版以便及时介绍成果，也是作者“不亦乐乎”的事情。
新版保留了第八版修订时值得继承的改进之处主要有以下三个方面：
（1）将专门论述纳米物理学的内容自成一章。本章由活跃在该领域的科学家、康奈尔大学教授Paul L.McEuen撰写。就空间的三个维度而言，纳米物理学是关于材料在1（或2，或3）个维度为小尺寸时的科学。这里的“小尺寸”意指纳米尺度（约10-9m）。该领域是固体物理学新的生长点，同时也是近年来发展快、令人鼓舞的研究领域。
（2）由于计算机的普及，使得本书的压缩和简化成为可能。其中，删去了几乎所有的参考书目，因为读者利用计算机根据关键词由搜索引擎可以方便快捷地获取对自己有用的各种资料，包括的文献。例如，读者可以登录因特网进入http://www.physicsweb.org/bestof/condmat.获得相关资料。这样做，并非有意忽略那些解决固体物理问题的研究者所贡献的早期文献，确是技术发展使然。
（3）在章节安排上，将有关超导电性和磁性的内容放到前面，以使得一个学年的课程安排更为科学合理。
新版相对于第八版做了进一步的修订完善，主要包括:
（1）将关于“介电体和铁电体”的内容调整到“等离子体、电磁耦子和极化子”的内容之前，因为介电和铁电是讨论与理解光学性质及光学过程必要的预备知识。
（2）各章在保留过去版本原有习题的基础上，结合学术前沿和新的研究成果，几乎每章都新增了一定数量的习题。
晶体学的符号采用物理学中现行的统一用法。书中重要的方程均以SI和CGS两种单位制并行给出。有时，给出一种单位制的表示形式，但同时指出这两种单位制的换算关系。本书所采取的两种单位制并用的做法，为读者提供了很大的方便，一直备受欢迎。书中的表格采用惯用单位制。符号e表示质子所带的电荷，取正值；符号（18）表示所在章的第18个方程，而（3.18）则表示参考第3章中的第18个方程。矢量符号正上方的尖号（^）代表单位矢量。
书中习题基本都是围绕着所在章节讨论的主题而设计的，一般都会有一定的难度。符号QTS是指作者与C.Y.Fong合著的“Quantum Theory of Solids”一书；符号TP是指作者与H.Kroemer合著的“Thermal Physics”一书。
C.基泰尔
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