01 / 导读
导读
引用
Hofmann, P. (2022). Solid State Physics: An Introduction (3rd ed.). Wiley-VCH.
章节概要
第三版共十一章，另有两个简短的附录，全书288页。每章末尾都有延伸阅读清单和“讨论与习题”部分，目录中后者又分为讨论题、基本概念题和习题。附录A汇集矢量运算和麦克斯韦方程组，附录B给出基本概念题的解答。
第1章：Crystal Structures（晶体结构）
开篇介绍格点、原胞、维格纳–塞茨胞和基元，多用二维例子说明，随后转向常见的立方、密堆积和共价结构。第三部分较详细地讲解用X射线衍射测定结构：布拉格理论、米勒指数、一般衍射理论、倒格子和埃瓦尔德作图，最后简述其他方法和非弹性散射。
第2章：Bonding in Solids（固体中的键合）
先讲吸引力与排斥力，再依次讲离子键、共价键、金属键、氢键和范德华键。本章约十四页。
第3章：Mechanical Properties（力学性质）
本章区分弹性形变（先从宏观角度讲弹性常数和泊松比，再讲微观图像）、塑性形变（屈服应力的估算、点缺陷、位错及其作用）和断裂。
第4章：Thermal Properties of the Lattice（晶格的热学性质）
晶格振动从简谐振子出发，经由无限原子链和有限原子链、第一布里渊区和声子，推广到三维固体。随后讲晶格热容（经典理论、爱因斯坦模型和德拜模型）、热导率、热膨胀，以及同素异形相变和熔化。
第5章：Electronic Properties of Metals: Classical Approach（金属的电子性质：经典方法）
先陈述德鲁德模型，并用它处理直流电导率、霍尔效应、金属的光学反射率和维德曼–弗兰兹定律，最后讨论该模型的不足，由此引出量子处理。
第6章：Electronic Properties of Solids: Quantum Mechanical Approach（固体的电子性质：量子力学方法）
这是最长的一章（第99至144页），从能带的概念和自由电子模型讲起，包括电子热容和屏蔽。随后展开电子态的一般形式（布洛赫定理）、近自由电子模型与能带的形成、紧束缚模型、实际固体中的能带和输运，最后简要回顾要点。
第7章：Semiconductors（半导体）
本征半导体与掺杂半导体、载流子浓度及其随温度的变化、电导率，然后是器件：pn结、晶体管和光电子器件。
第8章：Magnetism（磁性）
在宏观和量子力学的描述之后，本章讨论原子和固体中的顺磁性与抗磁性（居里顺磁性和泡利顺磁性），以及磁有序：交换相互作用、局域自旋、能带图像、铁磁畴和磁滞。
第9章：Dielectrics（电介质）
宏观描述、微观极化、局域场，以及介电常数的频率依赖性（晶格振动与电子跃迁），随后是杂质、铁电性、压电性和介电击穿。
第10章：Superconductivity（超导电性）
零电阻、迈斯纳效应和同位素效应作为实验事实首先给出，接着是唯象理论和BCS理论、能隙的实验探测、超导态的相干性、第一类和第二类超导体，以及高温超导。
第11章：Finite Solids and Nanostructures（有限固体与纳米结构）
最后一章篇幅很短：量子限域、表面与界面，以及纳米尺度的磁性。
核心概念
第1–4章：结构、键合与晶格
- 布拉维格子、原胞与基元：目录和第1章开头把它们作为描述任何晶体的语言。
- 倒格子：在X射线衍射一节与埃瓦尔德作图一同引入。
- 声子与第一布里渊区：量子化的晶格振动，通过原子链逐步引出。
- 爱因斯坦模型与德拜模型：晶格热容的两种近似。
第5–7章：固体中的电子
- 德鲁德模型：经典的传导图像及书中指出的不足。
- 布洛赫定理与能带：电子态的一般形式，近自由电子模型和紧束缚模型是通向能带的两条路径。
- 掺杂与pn结：半导体器件的出发点。
第8–11章：集体现象与有限尺寸现象
- 交换相互作用与磁有序：磁性一章中铁磁性的基础。
- BCS理论与超导能隙：超导电性的微观解释。
- 量子限域：纳米结构一章的开篇主题。
评析
优点
- 篇幅紧凑，节奏适合初学者。 全书288页，出版社介绍说每章从基本原理出发，逐步过渡到较高深的概念，并把数学形式压缩到最低限度。第1章先在二维中引入格子，正是这样做的。
- 电子部分先经典后量子。 德鲁德模型（第5章）先于量子处理（第6章），读者能看清为什么要转向能带。
- 自带自学材料。 出版社称书中有100多道讨论题、70道习题（其中包括训练计算求解能力的题目），每章末还有选择题，书中附有解答。目录中每章的结构（讨论、基本概念、习题）一目了然。
- 第三版的修订。 出版社列出：对金属键和共价键的描述更易理解，布洛赫定理的证明更直接，近自由电子模型的处理更简单。
局限
- 篇幅有意压缩。 超导电性约占28页，纳米结构约十页，这两章只是概览。目录中没有量子霍尔效应或拓扑相之类的内容；需要这些的读者要另读后续教材。
- 以量子力学入门课为前提。 前置要求和目录中的自由电子、布洛赫与BCS内容表明，量子处理依赖此前的学习。
在课程中的定位
Hofmann是凝聚态物理书单中几本入门教材之一。Hook与Hall的Solid State Physics同样面向第一门课，属于曼彻斯特物理丛书，篇幅更长，并有带星号的选读部分；Hofmann则更简短、更模块化。Steven Simon的The Oxford Solid State Basics是一学期的紧凑入门书，先讲历史上的模型再讲量子处理，与Hofmann的用途最接近。Kittel的Introduction to Solid State Physics是长期通行的参考书，内容相近但要求更高；Ibach与Lüth的Solid-State Physics增加了测量技术专栏，更偏材料。Girvin与Yang的Modern Condensed Matter Physics是研究生教材，讲拓扑相、量子霍尔物理等，读完本书后可以转向它。
如何使用本书
本书适合物理、材料科学、工程或化学专业第一次接触固体物理的学生，需要具备基础物理、一门量子力学入门课、微积分和线性代数。
建议的读法：以第1、4、5、6、7章为主线，从晶体结构经声子读到能带理论和半导体。第1章初读时，格子和常见结构比完整的衍射理论更重要，衍射部分可以在读第4章时配合阅读。第2、3章较短，可以快速读过或当作背景；第6章之后，第8、9、10章可按任意顺序阅读；第11章是简短的收尾概览。读电介质和超导电性两章之前，附录A可帮助回顾麦克斯韦方程组。
练习时，先做讨论题检验理解，再做基本概念选择题并对照附录B核对，最后做习题，包括需要计算的那部分。