В. И. ЗИНЕНКО, Б. П. СОРОКИН, П. П. ТУРЧИН

ОСНОВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

ЗИНЕНКО В. И., СОРОКИН Б. П., ТУРЧИН П. П. Основы физики твердого тела: Учеб. пособие для вузов. -- М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. -- 336 с. -- ISBN 5-94052-040-5.

В доступной форме и одновременно на высоком научном уровне изложены основы физики твердого тела, включающие описание упругих, тепловых, электрических и магнитных свойств идеальных и реальных (с дефектами) кристаллических твердых тел (металлов, диэлектриков, полупроводников, магнетиков) с учетом структуры, симметрии и типов связей в них..
Для студентов и преподавателей высших учебных заведений.

Усл. печ. л. 21. Уч.-изд. л. 23,1. Тираж 1000 экз. ББК 22.37. УДК 539.1. Авторский индекс З 63.

Предисловие    Предмет этого учебника -- основы физики твердого тела. Эта дисциплина начала формироваться в начале XX в., а ускоренное развитие получила лишь во второй его половине. Родилась эта, ныне самостоятельная область физики из достаточно хорошо развитой науки о строении кристаллов -- кристаллографии, созданной в 30-е годы квантовой теории твердого тела и, наконец, из практической потребности в создании материалов с заранее заданными свойствами.
   Кристаллография -- первоначально чисто феноменологическая дисциплина, возникла как попытка описать строение восхищавших своей геометрической правильностью кристаллов. С открытием в 1912 г. явления дифракции рентгеновских лучей на кристаллических решетках появились мощные средства инструментального анализа строения кристаллов, и в результате были расшифрованы кристаллические структуры огромного количества неорганических, а затем и органических веществ.
   В 30-е годы работами В. Гейзенберга, В. Паули, М. Борна были созданы основы квантово-механической теории твердого тела, что позволило объяснить и прогнозировать интересные физические эффекты в твердых телах. Ускоряли формирование физики твердого тела потребности нарождающейся твердотельной электроники в новых сверхчистых материалах. Здесь можно указать важнейшее событие -- открытие в 1948 г. У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином усилительных свойств транзистора.
   Следовательно, предметом данной области науки будут, прежде всего, свойства веществ в твердом состоянии, их связь с микроскопическим строением и составом, эвристическое прогнозирование и поиск новых материалов и физических эффектов в них. Фактически физика твердого тела служит базой для физического материаловедения.
   Образование твердого состояния вещества обусловлено энергетической выгодой относительно жесткой конфигурации атомов (молекул) и возможно только в определенном интервале температур и давлений. В этом смысле физика твердого тела есть развитие вполне классической области физической науки -- молекулярной физики.
   Изучение физики твердого тела принято начинать с рассмотрения моделей твердого тела в виде совершенных, беспримесных монокристаллов бесконечно больших размеров. Влияние дефектов, примесей и границ зерен учитываются потом как малые возмущения. Такой подход пригоден вплоть до микро- или субмикроскопических размеров исследуемых твердых тел. Крупные природные кристаллы давно известны человеку, например, горный хрусталь (кварц SiO₂) и его многочисленные разновидности, галит (поваренная соль NaCl), драгоценные камни -- рубин и сапфир (соединения Al₂O₃ с добавками хрома или железа и титана), изумруд (прозрачная разновидность берилла Al₂Be₃Si₆O₁₈ с примесью Cr₂O₃), алмаз (прозрачная форма углерода C) и другие. В течение нескольких столетий слово "кристалл" применялось исключительно для обозначения горного хрусталя и обозначало "застывший лед", поскольку считалось, что в условиях высокогорья лед мог "окаменеть". В настоящее время кристаллом называют такое твердое тело, у которого расположение атомов строго периодично в трехмерном пространстве. Наиболее характерным внешним признаком кристалличности вещества является наличие естественных плоских граней. Достаточно давно эмпирически были установлены два основных закона огранения кристаллов.
   В настоящее время методы и теория твердого тела, развитые для описания свойств и структуры монокристаллов, широко применяются для получения и исследования новых материалов: композитов и наноструктур, квазикристаллов и аморфных твердых тел. Физика твердого тела служит основой для изучения явлений высокотемпературной сверхпроводимости, гигантского магнетосопротивления и многих других перспективных современых наукоемких технологий.

Эту книгу вы можете прочитать в
виртуальной библиотеке Издательства Физико-математической литературы.