01 / 導讀
導讀
引用
Kittel, C. (2004). Introduction to Solid State Physics (8th ed.). Wiley.
章節概要
第八版共22章和10個附錄，704頁。多數章節以小結和習題結尾。出版社表示，本書一貫強調物理而非形式化的數學，目標是讓本科生容易讀懂、便於教學。全書順序是：從晶體結構和晶格振動，到金屬和半導體中的電子，再到超導、磁性、光學和介電性質，最後是表面、奈米結構、無序與缺陷。
第1–3章：Crystal Structure；Wave Diffraction and the Reciprocal Lattice；Crystal Binding and Elastic Constants
晶格與基元、基本晶格型別、常見結構（氯化鈉、氯化銫、六方密堆積、金剛石、立方硫化鋅）；接著是布拉格衍射、倒格矢與布里淵區、結構因子；再講惰性氣體晶體、離子晶體、共價晶體和金屬中的結合，以及彈性應變的分析。
第4–5章：Phonons I. Crystal Vibrations；Phonons II. Thermal Properties
單原子鏈和雙原子鏈的振動、彈性波的量子化與聲子動量；接著是聲子熱容、德拜模型和愛因斯坦模型、非簡諧效應、熱膨脹，以及包括倒逆過程在內的熱傳導。
第6–7章：Free Electron Fermi Gas；Energy Bands
自由電子氣：費米–狄拉克分佈、熱容、電導率、霍爾效應。第7章通過近自由電子模型、布洛赫函式、克朗尼格–彭尼模型和中心方程展開能帶理論，最後講金屬與絕緣體。
第8–9章：Semiconductor Crystals；Fermi Surfaces and Metals
能隙、空穴、有效質量、本徵載流子以及施主和受主態，最後是從熱電效應到超晶格、布洛赫振盪的一系列話題。第9章講費米麵的構造、緊束縛法、維格納–塞茨法和贗勢法，以及德哈斯–範阿爾芬效應。
第10–12章：Superconductivity；Diamagnetism and Paramagnetism；Ferromagnetism and Antiferromagnetism
超導的實驗概覽以及從倫敦方程到BCS理論、第二類超導體和約瑟夫森效應的理論。兩章磁性內容先講朗之萬抗磁性、順磁性和晶體場效應，再講鐵磁、亞鐵磁和反鐵磁有序、磁振子和磁疇。
第13–16章：Magnetic Resonance；Plasmons, Polaritons, and Polarons；Optical Processes and Excitons；Dielectrics and Ferroelectrics
核磁共振和電子共振（含脈澤和雷射一節）；集體激發與遮蔽；光學反射率、克拉默斯–克勒尼希關係、激子和拉曼效應；以及介電極化、局域場和鐵電相變。
第17–18章：Surface and Interface Physics；Nanostructures
第17章講表面重構、量子霍爾效應、p–n結、異質結構、發光二極體和半導體雷射器。第18章是這一版新增的，由Paul McEuen撰寫，講成像技術、一維和零維繫統的電子結構與輸運、朗道爾公式、庫侖振盪以及奈米結構的振動性質。
第19–22章：Noncrystalline Solids；Point Defects；Dislocations；Alloys
玻璃與非晶材料、空位、擴散與色心、位錯與材料強度，以及含相圖的合金。附錄A至J涉及埃瓦爾德晶格求和、聲子量子化、費米–狄拉克分佈、玻爾茲曼輸運方程、庫珀對和金茲堡–朗道方程等。
核心概念
- 倒格子與布里淵區：波的衍射以及後面所有能帶和聲子討論的框架（第2章）。
- 聲子：量子化的晶格振動及其熱容（第4–5章）。
- 自由電子費米氣：金屬中電子的最簡單模型（第6章）。
- 布洛赫函式與能帶：週期勢中的電子（第7章）。
- 空穴與有效質量：半導體中的載流子（第8章）。
- 費米麵：其構造與測量（第9章）。
- 超導：倫敦方程、BCS理論和約瑟夫森效應（第10章）。
- 磁有序與磁振子：鐵磁、亞鐵磁和反鐵磁（第11–12章）。
- 奈米結構：低維中的量子電導和庫侖阻塞（第18章）。
評析
優點
- 重物理而非形式。 出版社強調物理內容多於形式化數學，並指出這一版中重要的公式在SI與CGS高斯單位不同時會同時給出兩種形式。
- 一冊涵蓋面廣。 22章觸及該領域的大部分內容：結構、振動、電子、半導體、超導、磁性、光學、介電、表面、缺陷和合金。
- 統一的章節形態。 多數章節以小結和習題結尾，目錄把每章細分為許多短節，容易查詢話題。
- 奈米結構一章。 第八版新增由專家撰寫的奈米物理一章，把經典內容與介觀輸運和庫侖阻塞聯絡起來。
侷限
- 敘述簡潔。 22章共704頁，每章平均約30頁，目錄顯示許多話題只有幾頁的小節。想更完整地逐步學習某一主題的讀者需要配套書籍。
- 近期進展。 出版社特別指出的新內容是奈米物理一章；近幾十年的拓撲相和多體方面的進展沒有出現在目錄中。
- 先修要求。 Wiley稱本書本科生也能讀懂，而站內列出的先修要求是中級量子力學和統計力學；關於用產生、湮滅算符的聲子量子化和玻爾茲曼輸運方程的附錄需要這樣的背景。
在課程中的定位
Kittel是這一領域公認的通用教材，也是本課程中其他書的參照點。Hofmann的Solid State Physics: An Introduction是為初次接觸該學科的學生寫的簡短而平易的教材；Hook與Hall的Solid State Physics是Manchester Physics Series中的入門教材，重物理思路而非形式化工具。Simon的The Oxford Solid State Basics是把推理過程完整寫出的精簡一學期課程，Ibach與Lüth的Solid-State Physics則在理論之外配有測量技術專欄，並帶有材料科學的取向。這些書既可以在讀Kittel之前用作第一遍通讀，也可以在Kittel講得簡略的地方作為更清楚的第二種解釋。
Girvin與Yang的Modern Condensed Matter Physics是研究生層次的延續：它從同樣的基礎出發，又加入介觀物理、拓撲相和量子磁性，因此是學完Kittel後自然的下一步。
如何使用本書
本書適合物理、材料科學和電氣工程專業的本科生，也可作為研究生的參考書。讀者需具備中級的量子力學和統計力學。
一學期的核心路徑：第1–2章（結構與衍射）、第4–5章（聲子）、第6–9章（電子、能帶、半導體與費米麵），以及第10–12章（超導與磁性）。其餘章節大體上是相互獨立的模組，可按課程需要從第13–16章（共振、集體激發、光學、介電）、第17–18章（表面與奈米結構）和第19–22章（無序固體、缺陷、合金）中選取。第3章可以選讀。章末習題隨讀隨做，讀完後可把索引和大量材料性質表格用作參考。