《凝聚态物理学》教学大纲课程英文名称：Condensed matter physics课程编号：0322203002课程计划学时：48学分：3课程简介：本课程为专业基础课。

凝聚态物理学是由固体物理学逐渐演变而来的, 为了对凝聚物质的前沿问题的了解及掌握非常必要开设“填补传统固体物理学领域与凝聚态物理学前沿研究课题之间的沟鸿”的凝聚态物理学。

通过该课程的学习，学生可以掌握凝聚态物理的基本理论与基本方法，能提高本科生分析和解决实际物理问题的能力，为磁性材料物理本科生后续的材料物理专业实验课程学习和毕业论文阶段的理论基础，并掌握初步的解决问题方法。

让学生掌握凝聚物质的结构，各种物质结构中的波的行为，键、能带，相变与有序相等内容。

为后续毕业论文（计算材料学方向）打好坚实的理论基础及提高实验现象的理论分析能力。

一、课程教学内容及教学基本要求0绪论综览本编重点：1)了解物质世界的层次化，凝聚态物理学的研究范围，凝聚态物理学的历史透视与概念框架。

2) 理解量子力学与经典物理的采用方法上的界限（即量子简并温度）。

难点：量子简并温度，凝聚现象。

本章学时:2学时教学形式:讲授教具:投影仪，黑板，粉笔第一节0.1物质世界的层次化；0.2凝聚态物理学的范围；0.3 凝聚态物理学的历史透视与概念框架本节要求：了解：物质世界的层次化（20世纪的物理学，简单性与复杂性，层展现象）；凝聚态物理学的范围（理论方法：量子力学与经典物理，经典现象，有序化）；凝聚态物理学的历史透视与概念框架（固体物理学的范式，键与能带—从单电子近似走向关联电子态，合作现象及其他，凝聚态物理学范式）1物质世界的层次化（了解）；凝聚态物理学的范围（了解）；2凝聚态物理学的历史透视与概念框架（了解）。

第一编凝聚物质的结构本编重点：1)掌握物质结构的对称性，晶态结构及其构筑原理，晶态之外的（如合金与取代无序，液体与玻璃，液晶，聚合物，生物聚合物等），非均质结构等内容。

2) 掌握空间群的概念，准周期结构的描述，了解分形现象。

难点：周期结构与空间群，晶态结构及其构筑原理，非均质结构。

本章学时:8学时教学形式:讲授教具:投影仪，黑板，粉笔第一节第一章结构的对称性本节要求：掌握：关于对称性的基本概念（考核概率100%），有限结构与点群（考核概率100%），周期性结构和空间群（考核概率100%），理解：物质结构和其Fourier变换；了解：广义对称性.1对称性的基本概念，有限结构与点群，周期性结构和空间群（考核概率100%）2物质结构和其Fourier变换（理解）；广义对称性（了解）.第二节第二章晶态结构及其构筑原理本节要求：掌握：堆积结构与相关问题（考核概率50%），键连结构和相关问题（考核概率50%），了解：曲面与曲率，理解：准周期结构。

1堆积结构与相关问题（考核概率50%），键连结构和相关问题（考核概率50%）2曲面与曲率（了解），准周期结构（理解）。

第三节第三章晶态之外本节要求：掌握：合金与取代无序，液体与玻璃，液晶（考核概率50%）；理解：聚合物，了解：生物聚合物。

1合金与取代无序，液体与玻璃，液晶（考核概率50%）2聚合物（理解），生物聚合物（了解）。

第四节第四章非均质结构本节要求：掌握：复相结构，结构的几何相变：逾渗（考核概率50%）；理解：分形（考核概率25%）。

1复相结构，结构的几何相变：逾渗；2分形（理解，考核概率25%）第二编各种物质结构中波的行为本编重点：本编是本课程的重点内容之一，掌握：周期和准周期结构中波的传播，Bloch电子动力学，表面和杂质效应，输运性质；理解：无序系统中波的定域化；了解：介观量子输运。

难点：周期和准周期结构中波的传播，Bloch电子动力学，表面和杂质效应。

本章学时:16学时教学形式:讲授教具: 投影仪，黑板，粉笔第一节第五章周期和准周期结构中波的传播（1）本节要求：掌握：波传播概念的统一性（考核概率50%），晶体中的电子（考核概率50%），格波与弹性波（考核概率100%）1波传播概念的统一性（重点、考核概率50%），晶体中的电子（考核概率50%）；格波与弹性波（考核概率100%）。

第二节第五章周期和准周期结构中波的传播（2）本节要求：掌握：周期结构中的电磁波（考核概率50%)；理解：准周期结构中的波。

1周期结构中的电磁波（掌握：重点）（考核概率50%)。

2准周期结构中的波（理解）。

第三节第六章Bloch电子动力学本节要求：掌握理解：能带电子的基本性质（掌握理解：考核概率50%），电场中电子的运动（掌握理解：考核概率50%），磁场中的电子的运动（掌握理解：考核概率50%）。

1能带电子的基本性质（掌握理解：考核概率50%），电场中电子的运动（掌握理解：考核概率50%）2磁场中的电子的运动（掌握理解：考核概率50%）。

第四节第七章表面和杂质效应（1）本节要求：掌握理解：表面电子态（考核概率50%），电子杂质态（考核概率50%）。

1表面电子态（考核概率50%），2电子杂质态（考核概率50%）。

第五节第七章表面和杂质效应（2）本节要求：掌握理解：与表面及杂质相关的振动（考核概率50%），光子晶体中的缺陷模（考核概率50%）。

1与表面及杂质相关的振动（考核概率50%），2光子晶体中的缺陷模（考核概率50%）。

第六节第八章输运性质本节要求：掌握：正常输运（考核概率50%），磁场中电荷输运与自旋输运（考核概率100%），理解：隧穿现象。

1正常输运（考核概率50%），磁场中电荷输运与自旋输运（考核概率100%）2隧穿现象（理解）。

第七节第九章无序系统中波的定域化本节要求：掌握：定域化的物理图象（考核概率50%），弱定域化（考核概率50%），强定域化（考核概率50%）。

1定域化的物理图象（考核概率50%）；2弱定域化（考核概率50%），强定域化（考核概率50%）。

第八节第十章介观量子输运本节要求：理解：介观系统的特点（考核概率25%），Landauer-Büttike型电导（考核概率25%），了解：回路中的电导振荡，电导涨落。

1介观系统的特点（考核概率25%），Landauer-Büttike型电导（考核概率25%）2回路中的电导振荡（了解），电导涨落（了解）。

第三编键、能带及其它本章重点：1) 介绍键是怎样形成的，键途径，能带途径，关联电子态，量子限制纳米结构等内容。

从而学生对能带理论有所了解，并电子的关联行为有了认识。

强关联电子体系的研究是当今凝聚物质的研究中占有前沿的地位。

值得学生对其了解，能带理论是研究凝聚物质的必备知识，学生需要掌握。

难点：能带理论；关联电子态。

本章学时:12学时教学形式:讲授教具: 投影仪，黑板，粉笔第一节第十一章键途径本节要求：掌握：原子与离子（考核概率50%），双原子分子（考核概率50%），多原子分子（考核概率50%），理解：各向异性环境中的离子。

1原子与离子（考核概率50%），双原子分子（考核概率50%），多原子分子（考核概率50%）；2各向异性环境中的离子（考核概率25%）。

第二节第十二章能带途径（1）本节要求：掌握理解：能带计算的各种方法（考核概率100%)，从多粒子Hamilton量到自洽场方法（考核概率50%)。

1能带计算的各种方法（掌握理解）（考核概率100%)，2从多粒子Hamilton量到自洽场方法（考核概率50%）。

第三节第十二章能带途径（2）本节要求：掌握理解：电子结构取径于密度泛函（考核概率50%）；了解：若干材料的电子结构。

1电子结构取径于密度泛函（考核概率50%），2若干材料的电子结构（了解）。

第四节第十三章关联电子态本节要求：理解：Mott绝缘体（考核概率20%），掺杂Mott绝缘体（考核概率20%），磁性杂质、近藤效应及县官问题（考核概率50%）；了解：展望。

1 Mott绝缘体（考核概率20%），掺杂Mott绝缘体（考核概率20%），磁性杂质、近藤效应及县官问题（考核概率50%）；2展望（了解）。

第五节第十四章量子限制纳米结构（1）本节要求：理解：半导体量子阱（考核概率20%），磁量子阱（考核概率50%）；1半导体量子阱（考核概率20%），2磁量子阱（考核概率50%）。

第六节第十四章量子限制纳米结构（2）本节要求：了解：量子线，量子点，耦合量子点系统。

1量子线（了解），量子点（了解），2耦合量子点系统（了解）。

第四编相变和有序相本章重点：1) 本章重点介绍Landau相变理论，晶体、准晶和液晶，铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体，超流体与超导体。

2）掌握理解Landau判据，Lifshitz判据，局域磁矩理论，巡游电子磁性理论，Ginzburg-Landau 的唯象理论，BCS理论介绍。

难点：磁化率的级数展开下的海森伯模型、局域磁矩理论；巡游电子磁性理论。

本章学时:10学时教学形式:讲授教具: 投影仪，黑板，粉笔第一节第十五章Landau相变理论（1）本节要求：理解：两个重要概念（对称破缺，序产量，统计模型），二级相变。

1两个重要概念（理解），2二级相变（理解）。

第二节第十五章Landau相变理论（2）本节要求：理解：弱一级相变，结构相变中对称性改变（Landau判据，Lifshitz判据）。

1弱一级相变（理解），2结构相变中对称性改变（理解）（Landau判据（考核概率50%），Lifshitz判据（考核概率50%））。

第三节第十六章晶体、准晶和液晶本节要求：理解：液-固相变，固体中的相变（无序-有序转变，顺电-铁电转变，无公度-公度转变），软物质中的相变。

1液-固相变，固体中的相变（理解），2软物质中的相变（理解）。

第四节第十七章铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体本节要求：掌握：磁性的基本特征，局域磁矩理论，巡游电子磁性理论。

1磁性的基本特征，局域磁矩理论（掌握）（考核概率50%），2巡游电子磁性理论（掌握）（考核概率50%）。

第五节第十八章超流体与超导体本节要求：理解：宏观量子现象，Ginzburg-Landau的唯象理论，配对态，Josephson效应；了解：BCS理论。

1宏观量子现象，Ginzburg-Landau的唯象理论（理解），2配对态，Josephson效应（理解）；BCS理论（了解）。

三、大纲附录1、建议教材：[1] P.W. Anderson, Basic Notions of Condensed Matter Physics, 1984.2、参考书目：[2] 冯端，金国钧著，凝聚态物理学（上卷），高等教育出版社，2003年9月第一版。

[3] 李正中著，固体理论，高等教育出版社，1985年10月第一版。

[4] 方容川编著，固体光谱学，中国科技大学出版社。

[5] J. 卡拉威著，王以铭译，固体量子理论，科学出版社1984年8月第一版。