Solid State Physics（固体物理学）

引用

Hook, J. R., & Hall, H. E. (1991). Solid State Physics (2nd ed.). Wiley.

章の要約

本書はマンチェスター物理学シリーズに属し、固体物理学の入門教科書である。米国議会図書館の目録は14章を挙げ、その後に付録、参考文献、問題の解答、索引が続く。出版社が示す分量は約490ページである。以下の要約はこの目録の順序と原題に従い、題名と出版社の説明が許す範囲を超えない。

Crystal Structure（結晶構造）

冒頭の章は結晶中の原子配列を扱う。出版社によれば、本書は結晶中の波の伝播をまず一次元と二次元の幾何で導入し、その後で三次元と逆格子へ一般化する。

Crystal Dynamics（結晶の力学）

結晶格子の振動とその帰結。題名からは第2章に位置し、構造の直後に来るので、格子振動が電子より先に扱われる。

Free Electrons in Metals（金属中の自由電子）

金属の伝導電子についての自由電子の描像。

The Effect of the Periodic Lattice Potential: Energy Bands（周期的格子ポテンシャルの影響：エネルギーバンド）

自由電子から、格子の周期ポテンシャル中を運動する電子へ進み、エネルギーバンドが得られる。

Semiconductors and Semiconductor Devices（半導体と半導体デバイス）

連続する二章で、まず半導体、次に半導体デバイスを扱う。出版社によれば、デバイスの内容は第2版で新規または拡充された。

Diamagnetism and Paramagnetism; Magnetic Order（反磁性と常磁性、磁気秩序）

磁性に関する二章で、前者は弱い磁気応答を、後者は秩序だった磁気状態を扱う。

Electric Properties of Insulators（絶縁体の電気的性質）

出版社は第2版で誘電体と強誘電体の章が加わったと述べており、目録上の題名ではこの章が最も近い。

Superconductivity（超伝導）

超伝導の章。出版社によれば、第2版で高温超伝導体が加わった。

Waves in Crystals; Scattering of Neutrons and Electrons from Solids（結晶中の波、固体による中性子と電子の散乱）

結晶中の波の伝播と、中性子や電子を用いた固体の探査についての二章。

Real Metals; Low-Dimensional Systems（現実の金属、低次元系）

最後の二章は自由電子模型を超えた金属と低次元系を扱う。出版社は、量子ホール効果、準結晶、固体表面を調べる技術を第2版の新規または拡充内容として挙げている。

主要概念

構造、振動、電子

• 逆格子：出版社によれば、一次元・二次元の波の考え方の後に到達する枠組み。
• エネルギーバンド：周期的格子ポテンシャルの章の主題。
• 金属中の自由電子：金属伝導の出発点となる模型。

性質と応用

• 半導体デバイス：独立した章の主題。
• 磁気秩序：目次では反磁性・常磁性と区別されている。
• 超伝導と低次元系：後ろの二つの章。

批判的分析

長所

• 三次元へ段階的に進む。 出版社によれば、基本的な考え方はまず理解しやすい一次元・二次元の設定で導入され、その後に三次元と逆格子へ進む。
• 柔軟な構成。 出版社は、トピックを異なる順序で学び、あるいは省略できるフローチャートと、より高度な内容を含む星印付きの任意の節を強調している。
• 解答付きの問題。 各章末に問題があり、解答は巻末にある。
• 入門課程として広い範囲。 目録は、構造と力学からバンド、半導体、磁性、誘電体、超伝導を経て低次元系まで及ぶ。

短所

• 一部は古い。 1991年のテキストであり、出版社が挙げる最新の話題は量子ホール効果、準結晶、高温超伝導体で、その後の進展は含まれない。
• 分量。 約470〜500ページ（目録により異なる）で、一覧中の最も簡潔な入門書よりかなり長く、一学期の授業では問題になる。付属のフローチャートがその対策である。
• 公表された書評は見つからなかったため、以上の点は出版社の説明と目録に基づく。

コースにおける位置づけ

Hook と Hall は、Hofmann の Solid State Physics: An Introduction や Simon の The Oxford Solid State Basics と同じく入門教科書である。Hofmann の本はより短く（288ページ）新しく、Simon の本は新しく一学期の講義から生まれたものだが、Hook と Hall は出版社がモジュール式の読み方と星印付きの任意の節を強調しており、主題を選びながら部分的に深く読みたい読者に向く。Kittel の Introduction to Solid State Physics は長く定評のある、より高度な参考書で、Ibach と Lüth の Solid-State Physics は材料と実験に重点を置く。Girvin と Yang の Modern Condensed Matter Physics は大学院向けで、トポロジカル相などの後の内容を扱う。

本書の使い方

本書は固体物理学を初めて学ぶ学生向けで、出版社は基礎を必要とする職業物理学者や電子工学技術者にも興味深いだろうと述べている。量子力学の入門、熱物理、電磁気学の知識を前提とする。

本書と新しい入門書のどちらを選ぶかでは版の情報が重要である。Wiley は第2版を1995年7月のペーパーバックとして挙げているが、米国議会図書館の記録は本書を1991年としているので、どの版を使っても1990年代初頭のテキストであると考えておくべきである。

実践的な進め方としては、まずフローチャートで経路を決める。中心となる経路は、構造、結晶の力学、自由電子、エネルギーバンド、半導体である。磁性、絶縁体、超伝導はその後に任意の順で読め、星印付きの節は初読時には飛ばしてよい。一次元・二次元の波の扱いが役立つと感じた読者は、後でより形式的なテキストを読む準備にもなる。各章末の問題を解いて巻末の解答と照合し、1991年の本なので、最後の章は最近のテキストと併せて現在の研究動向を補うこと。