复旦大学：《固体物理学》课程教学资源（讲义）前言——暨Drude模型

以你现在的认识,你认为哪些物理现象或 者问题是属于固体物理学将要回答或者试 图解释的? hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 7 以你现在的认识，你认为哪些物理现象或 者问题是属于固体物理学将要回答或者试 图解释的？

本讲目的:前言→一门怎样的课程? 固体物理学的研究对象有什么特点? 固体物理学的研究方法有什么特点? hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 8 本讲目的：前言一门怎样的课程？ • 固体物理学的研究对象有什么特点？ • 固体物理学的研究方法有什么特点？

第1讲、前言←暨 Drude模型 1.研究对象的特点及困难 2. Drude模型 3.研究方法的特点及课程逻辑线索 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 9 第1讲、前言暨Drude模型 1. 研究对象的特点及困难 2. Drude模型 3. 研究方法的特点及课程逻辑线索

固体将要(将被用于)解决什么问题? 以前的物理概念和定律还不够用吗? hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 10 固体将要(将被用于)解决什么问题？ 以前的物理概念和定律还不够用吗？

1、研究对象的特点及困难 固体物理学的研究对象? *主要任务:微观层次上研究固体宏观性质、规律 *对象当然是固体!那么,什么是固体? →固体是由大量的原子、电子组成(~1029m3)? *这当然不够!液体、气体也由大量的原子电子组 成 看固体的物理性质和规律由什么决定? *仅仅是由组成固体的原子成分吗? #比如,金刚石、石墨、C6固体都由碳原子组 成,但它们物理性质完全不同! #那么,金刚石、石墨、C6固体有何不同? hmp:/10.107.0.68 inche 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 11 1、研究对象的特点及困难 • 固体物理学的研究对象？ * 主要任务：微观层次上研究固体宏观性质、规律 * 对象当然是固体！那么，什么是固体？ * 固体是由大量的原子、电子组成（~1029/m3）？ * 这当然不够！液体、气体也由大量的原子电子组 成 • 看固体的物理性质和规律由什么决定？ * 仅仅是由组成固体的原子成分吗？  比如，金刚石、石墨、C60固体都由碳原子组 成，但它们物理性质完全不同！  那么，金刚石、石墨、C60固体有何不同？

固体的微观定义 如何定义固体,取决于我们的研究层次 在原子、电子微观层次,研究固体的宏观物理性质 → *微观上,如何区别于气态和液态? 固体的微观定义 *固体中的原子在其平衡位置附近作无规微小振动 原子平衡位置的排列形成固体的微观结构 回到前面问题 *金刚石、石墨、C固体中C原子的排列结构不同 固体宏观物理性质由所组成的原子性质及其它 们排列的结构共同决定 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 12 固体的微观定义 • 如何定义固体，取决于我们的研究层次 * 在原子、电子微观层次，研究固体的宏观物理性质  * 微观上，如何区别于气态和液态？ • 固体的微观定义 * 固体中的原子在其平衡位置附近作无规微小振动 • 原子平衡位置的排列形成固体的微观结构 • 回到前面问题 * 金刚石、石墨、C60固体中C原子的排列结构不同 • 固体宏观物理性质由所组成的原子性质及其它 们排列的结构共同决定

带来的三个关键问题及其困难 既然涉及到原子、电子层次,那么我们首先 必须面对如下的三个重要的问题→ 1.用经典还是量子方法? 判据? 2.如何处理1029m3量级的粒子数? →周期结构 3.如何描写原子、电子之间的相互作用? →多体问题 固体物理学的复杂就在这里! →需要新的物理概念和定律 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 13 带来的三个关键问题及其困难 • 既然涉及到原子、电子层次，那么我们首先 必须面对如下的三个重要的问题 1. 用经典还是量子方法？ 判据？ 2. 如何处理1029/m3量级的粒子数？ 周期结构 3. 如何描写原子、电子之间的相互作用？ 多体问题 • 固体物理学的复杂就在这里！ 需要新的物理概念和定律

经典还是量子? 用经典还是量子方法来处理,这基本上这取决 于研究固体的何种物理性质 以后会看到,有判据→ *什么时候该用量子 *什么时候经典也可以 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 14 经典还是量子？ • 用经典还是量子方法来处理，这基本上这取决 于研究固体的何种物理性质 • 以后会看到，有判据 * 什么时候该用量子 * 什么时候经典也可以

困难:多体相互作用如何处理? 不管经典还是量子,都还有一个如何具体描写 它们之间的相互作用问题→多体问题 *固体物理学(也是凝聚态物理)中最困难的问题 *非常困难!至今仍未解决! 我个人认为——这个问题的关键在于数学工具! #在没有找到合适的数学工具前,别去碰它 十→在现有的数学工具下,别试图在理论上有 效地描写多体相互作用! 十当然这只是我个人的观点 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 15 困难：多体相互作用如何处理？ • 不管经典还是量子，都还有一个如何具体描写 它们之间的相互作用问题多体问题 * 固体物理学（也是凝聚态物理）中最困难的问题 * 非常困难！至今仍未解决！ * 我个人认为——这个问题的关键在于数学工具！  在没有找到合适的数学工具前，别去碰它 † 在现有的数学工具下，别试图在理论上有 效地描写多体相互作用！ † 当然这只是我个人的观点

困难:如何处理1029/m3的粒子? 这是我们以前学过的物理所不曾遇到过的问题 *这个问题找到了解决之道后,才形成了固体物理学 这门学科 那么,如何化解这个困难? 这门课程的主要内容 hmp:/10.107.0.68 jochen 前言

http://10.107.0.68/~jgche/ 前言 16 困难：如何处理1029/m3的粒子？ • 这是我们以前学过的物理所不曾遇到过的问题 * 这个问题找到了解决之道后，才形成了固体物理学 这门学科 • 那么，如何化解这个困难？ * 这门课程的主要内容