《固体物理基础》课程教学大纲

《固体物理基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称固体物理基础FundamentalsofSolidStatePhysics课程编码SCC620421020开课院部理学院课程团队固体物理基础学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业光电信息科学与工程授课语言中文先修课程大学物理（2-1）、大学物理（2-2）、量子力学课程简介（限选）本课程为光电信息科学与工程专业本科生的专业基础类选修课程，它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科，同时也是光电信息科学与工程专业本科生学习《激光原理》、《光电材料与器件》等各种光电子器件后续课程的基础。《固体物理学基础》是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。本课程的主要内容包括固体的结构及组成粒子(原子、离子、电子等)之间的相互作用与运动规律，阐明固体的性能和用途，其中以固态电子论和固体的能带理论为主要内容。课程的教学目标是使学生理解晶体结构的基本描述，固体电子论和能带理论，以及实际晶体中的缺陷、杂质、表面和界面对材料性质的影响等，掌握具有周期性结构固体材料的常规性质和研究方法，树立微观世界的新观念，掌握处理微观世界物理问题方法，并能将相关的理论和方法运用到光电领域复杂工程问题的解决中、为进一步学习其它专业课程或从事科研工作奠定基础。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatesmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineering.Itisabranchsubjectwithrichcontentandwideapplicationinphysics.ItisalsothebasisforundergraduatestudentsmajoringinOptoelectronicInformationScienceandEngineeringtolearntheprinciplesoflaser,optoelectronicmaterialsanddevicesandotherfollow-upcoursesofoptoelectronicdevices.Fundamentalsofsolidstatephysicsisasciencethatstudiesthephysicalproperties,microstructures,movementformsofvariousparticlesthatmakeupasubstance,andtheirinterrelationships.Itsmaincontentistostudythestructureofsolidandtheinteractionandmotionlawsbetweenconstituentparticles(atoms,ions,electrons,etc.)andtheperformanceanduseofsolid.Themaincontentofthiscourseisthetheoryofsolidelectronsandthetheoryofenergybandofsolid.Thegoalofthecourseistoenablestudentstograspthebasicdescriptionofcrystalstructure,solidelectrontheoryandenergybandtheory,aswellastheinfluenceofdefects,impurities,surfacesandinterfacesinactualcrystalsonthepropertiesofmaterials,mastertheconventionalpropertiesandresearchmethodsofsolidmaterialswithperiodicstructure,establishanewconceptofthemicroworldandmasterthemethodsofdealingwithphysicalproblemsinthemicroworld,andbeabletoapplyrelevanttheoriesandmethodstothesolutionofcomplexengineeringproblemsinthefieldofoptoelectronics.Tolaythegroundworkforfurtherstudyofotherspecializedcoursesorinscientificresearch.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：能够理解并掌握固体物理基本概念、基本原理和计算方法。是1.32M2目标2：能够运用固体物理基本理论研究并解决光电领域中的复杂工程问题。是2.32.33M3目标3：能够关注固体物理学领域前沿的研究动态，具有终身学习的能力。是12.212.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章晶体的结构重点：空间点阵和布拉菲格子的概念、密堆积和配位数的概念、倒格子的概念。难点：布拉菲格子的概念、倒格子的概念。/////21.11.1晶体的周期性原胞、晶向、晶面。M12讲授2线上学习教学大纲31.21.2倒格子倒格子的性质、倒格子的物理意义。M12讲授2作业41.31.3晶体的对称性晶系、布拉菲格子。M12讲授2作业51.41.4晶体表面的几何结构二维晶格的晶系、二维布拉菲格子。M1,M32讲授2作业6第二章固体的结合重点：离子结合，范德瓦耳斯结合，共价结合，内聚能与晶体的力学热学性质。难点：离子晶体的几何结构，离子晶体的内聚能/////72.12.1离子性结合离子键、离子晶体、结合能。M11讲授1作业82.22.2共价性结合共价键、轨道杂化。M11讲授1作业92.32.3金属性结合金属键、电子共有化。M11讲授1作业102.42.4范德尔瓦斯结合电偶极矩感应、范德尔瓦斯键。M11讲授1作业112.52.5元素和化合物晶体结合的规律性电负性、电子亲和能、金属晶体、离子晶体、范德尔瓦斯晶体、化合物晶体。M2,M32讲授2专题报告12第三章晶格振动和晶体的热学性质重点：一维单原子链，一维双原子链的振动，格波的量子理论，爱因斯坦模型，德拜模型。难点：格波的量子理论，格波的模式数/////133.13.1简谐近似和简正坐标简正坐标、简正振动。M11讲授1作业143.23.2一维单原子链单原子链、玻恩-卡曼边界条件、格波。M21讲授1作业153.33.3一维双原子链声学波和光学波声学波、光学波。M32讲授2作业163.43.4离子晶体的光频模与电磁波耦合黄昆方程、电磁耦合磁量子、极化激元。M12讲授2作业173.53.5晶格比热晶格的比热容、爱因斯坦模型、德拜模型。M11讲授1作业18第四章晶体中的缺陷重点：肖特基缺陷，刃型位错，弗仑克尔缺陷，扩散系数。难点：缺陷统计理论，缺陷对晶体宏观性质的影响。/////194.14.1点缺陷本征缺陷、杂质缺陷。M11讲授1作业204.24.2晶体中的原子扩散扩散的宏观规律、扩散的微观机制。M11讲授1作业214.34.3离子晶体的导电性离子晶体点缺陷、离子晶体导电性、色心。M11讲授1作业224.44.4位错刃位错、螺位错。M10.5讲授0.5作业234.54.5面缺陷晶界、晶界能、堆积层错。M1,M30.5讲授0.5作业24第五章能带理论重点：固体中电子的共有化运动，Bloch定理的特点、证明及其推论，近自由电子近似微扰论，费密统计分布与费米能级，能态密度。难点：动量空间的薛定鍔方程，微扰论；布里渊区中的等能面。/////255.15.1布洛赫定理布里渊区，布洛赫定理。M11讲授1作业265.25.2准自由电子近似微扰理论、能带、带隙。M1,M22讲授2作业275.35.3紧束缚近似紧束缚模型、原子能级与能带对应规律。M22讲授2作业285.45.4无序系统中的电子状态无序系统、电子扩展态和定域态。M11讲授1作业295.55.5导体、绝缘体和半导体的能带模型满带、导带、近满带、金属和绝缘体的转变。M1,M31讲授1专题报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置3~6道题目，平均每次课2道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对固体物理学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力题型主要有作图、分析和计算题。20%2专题报告1.本课程要要求学生根据固体物理领域中的某种理论或方法的在光电材料与器件设计制作方面的应用进行探讨或者瞄准固体物理领域中的新进展撰写文献报告。2.主要培养学生利用掌握的理论或方法解决光电领域复杂工程问题，以及关注科技发展前沿动态进行终身学习的能力。20%3随堂测试测试学生对课堂讲授知识的预习和掌握情况。20%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对固体物理学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有填空题、选择题、简答题、分析题、计算题、论述题等。40%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业20%A:独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D:作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。2M1随堂测试30%由雨课堂每次课测验的成绩累积。3M1期末考试50%根据试卷标准答案和评分标准评定。4M2平时作业30%A:独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D:作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。5M2随堂测试30%由雨课堂每次课测验的成绩累积。6M2期末考试40%根据试卷标准答案和评分标准评定。7M3专题报告70%A:能根据所学理论和方法对固体物理领域中的新进展进行讨论或设计，相关描述完善、逻辑性较强，对相关领域的前沿发展动态有丰富的了解和阐述，论文撰写结构合理。B:能根据所学理论和方法对固体物理领域中的新进展进行讨论或设计，但是相关描述不够完美，对相关领域的前沿发展动态有较多的了解，论文撰写结构合理，缺乏最新参考文献。C:能根据所学理论和方法对固体物理领域中的新进展进行讨论或设计，但是相关描述粗糙，对相关领域的前沿发展动态有较少的了解，论文撰写逻辑性不强，参考文献较少。D:能根据所学理论和方法对固体物理领域中的新进展进行简单的讨论或设计，但是相关阐述不精确或者所采用的方法不当，对相关研究对象的发展动态不了解。论文字数不足，格