固態物理是一門應用的科學，是可以直接用來解決問題的，端賴我們如何學習及建構固態物理的圖像。無論是以固態物質的特性具體為主，或從單電子近似開始逐步建構出完整的固態物理，最重要的基本功夫就是必須掌握對於每一個固態物質特性的科學語言，也就是數學描述。本書的大篇幅數學過程，皆由古典力學、電動力學、量子力學、統計力學開始推演，目的在於解釋固態物理中的定理、方程式、函數及關係式都是緣自於最基本的物理。
本書內容包含有古典固態理論、晶體結構、倒晶格結構、能帶理論、聲子物理、電學特性、光學特性、磁學特性、熱學特性、元激發。希望能達到同時兼顧教學導向及研究導向的效果，繼而使讀者建立起自己的思考流程，進而找到一個解決固態科學相關問題的大方向。
作者簡介：
倪澤恩
現任：長庚大學電子工程學系所、機械工程學系所教授
學歷：國立中央大學光電科學研究所博士
國立中央大學光電科學研究所碩士
國立中央大學電機工程學系學士
E-mail：neete@mail.cgu.edu.tw
各界推薦
名人推薦：
固態物理是大學的基礎課程，涵蓋了理學院數學、物理、化學甚至生物等基礎學科科系，也包涵了工學院電機、機械、化工、材料、土木等諸多應用工程科系。隨著時間的演進內容日益增多，對於修課的同學而言，彷彿越來越抽象而且遙不可及。 但是無論科學技術如何創新，其發展的脈絡依然是有跡可循的；若能從前人的經驗內化自我的思考模式，則所謂抽象的科學也將變得清新可喜。
倪教授在本院電子系及光電所任教多年，不論在研究或教學上均投注許多心力。一般工程學院教授研究題目在於應用領域，且由於時間體力因素限制，甚少涉入固態物理基礎計算推演及相關物理意義之演繹，只將其結果應用於半導體工程技術。因為現有的固態物理書籍，對大學部而言應是應用有餘；但對研究型之碩博士生而言，確有資料不足不易清楚明白之處。
倪教授是極少數有能力、有興趣且願意奉獻心力作這件重要工作的學人，對有志於研究固態物理之同學與同仁，均極具使用或參考價值，本人學淺難忘其項背，但極其樂意作序予以大力推薦之。
長庚大學工學院副院長
光電工程研究所教授 張連璧
名人推薦：固態物理是大學的基礎課程，涵蓋了理學院數學、物理、化學甚至生物等基礎學科科系，也包涵了工學院電機、機械、化工、材料、土木等諸多應用工程科系。隨著時間的演進內容日益增多，對於修課的同學而言，彷彿越來越抽象而且遙不可及。 但是無論科學技術如何創新，其發展的脈絡依然是有跡可循的；若能從前人的經驗內化自我的思考模式，則所謂抽象的科學也將變得清新可喜。
倪教授在本院電子系及光電所任教多年，不論在研究或教學上均投注許多心力。一般工程學院教授研究題目在於應用領域，且由於時間體力因素限制，甚少涉入固態物...
作者序
三版自序
老來情味減，對別酒、怯流年。況屈指中秋，十分好月，不照人圓。
無情水、都不管，共西風、只等送歸船。秋晚蓴鱸江上，夜深兒女燈前。
征衫。便好去朝天。玉殿正思賢。想夜半承明。留教視草，卻遣籌邊。
長安故人問我，道尋常、泥酒只依然。目斷秋霄落雁，醉來時響空弦。
半導體科技突飛猛進，基礎固態物理概念正是先進半導體元件與各種複合材料的永續根本。電子在凝態物質中的運動過程描述，應可以做為發展人工智慧的引水明燈。
《基礎固態物理》第二版一書已有五、六年。經過了十餘年，感謝長庚大學的同學完成了近似自由電子全能帶圖。
感謝貞芳、咸安、咸曄在撰寫的過程中無盡的支持與包容。
長庚大學電子工程學系／機械工程學系
倪澤恩
乙巳年臘月二十於長庚醫護新村
三版自序
老來情味減，對別酒、怯流年。況屈指中秋，十分好月，不照人圓。
無情水、都不管，共西風、只等送歸船。秋晚蓴鱸江上，夜深兒女燈前。
征衫。便好去朝天。玉殿正思賢。想夜半承明。留教視草，卻遣籌邊。
長安故人問我，道尋常、泥酒只依然。目斷秋霄落雁，醉來時響空弦。
半導體科技突飛猛進，基礎固態物理概念正是先進半導體元件與各種複合材料的永續根本。電子在凝態物質中的運動過程描述，應可以做為發展人工智慧的引水明燈。
《基礎固態物理》第二版一書已有五、六年。經過了十餘年，感謝長庚大學的同學完成了近似自由電子全...
目錄
第1章 固態科學導論
1.1 面對固態科學的策略
1.2 固態物理與數學
1.3 特性、變量與觀察
思考題
第2章 統計力學的基本概念
2.1 統計力學與固態物理
2.2 相空間
2.2.1 相空間的基本概念
2.2.2 相空間的基本意義
2.3 Lagrange乘子
2.4 統計力學的三個基本分布函數
2.5 統計能量
2.5.1 古典統計之電子平均能量
2.5.2 古典統計之系統平均能量
2.5.3 Fermi能量
2.6 Sommerfeld展開關係
思考題
第3 章 量子力學的基本原理
3.1 Schrödinger 方程式
3.2 量子力學的三項原理
3.3 量子力學的算符
3.3.1 量子力學算符的三個基本性質
3.3.2 幾個量子力學算符的重要定理
3.3.3 Schrödinger 方程式的矩陣形式
3.4 三個典型的特殊位能
3.4.1 無限位能井
3.4.2 Coulomb 位能
3.4.3 簡諧振盪
3.5 Heisenberg 測不準原理
3.5.1 Heisenberg 測不準原理的證明
3.5.2 Cauchy Schwarz 不等式
3.5.3 有關Heisenberg 測不準原理的應用
3.6 二階系統的能量交換過程
3.7 微擾理論
3.7.1 和時間無關的微擾理論
3.7.2 和時間相關的微擾理論
3.8 Hellmann-Feynman 理論
3.9 Koopmans 理論
3.10 Virial 理論
3.10.1 Euler 理論的證明
3.10.2 Hyper-Virial 理論的證明
3.10.3 Virial 理論的證明
3.10.4 Virial 理論的應用
3.11 單一電子的修正與近似
3.11.1 Bohm-Pines 能量
3.11.2 Hartree-Fock 方程式
3.11.3 Hartree 方程式 1
3.11.4 Bosons 和Fermions
思考題
第4 章 固態古典模型
4.1 古典固態科學
4.2 Drude 模型
4.2.1 Drude 模型的碰撞參數
4.2.2 碰撞時間、介電弛豫時間和電磁振盪的關係
4.2.3 Drude 模型的推導
4.3 金屬導電特性的Drude 模型
4.3.1 直流導電率
4.3.2 交流導電率
4.4 金屬光學特性的Drude 模型
4.5 固態磁學特性的Drude 模型
4.6 金屬導熱特性的Drude 模型
4.6.1 熱流與溫度梯度的關係—方法一
4.6.2 熱流與溫度梯度的關係—方法二
4.6.3 導熱與導電的關係
思考題
第5 章 晶體結構
5.1 晶體概論
5.2 晶體的對稱性
5.3 張量
5.4 晶體晶格
5.4.1 晶面的標示法
5.4.2 常用的晶胞定義
5.5 倒晶格
5.5.1 倒晶格的定義
5.5.2 四個典型晶格與倒晶格的關係
5.6 晶體中的X 光繞射
5.6.1 X 光建設性干射
5.6.2 影響繞射強度的三個基本因子
5.6.3 X 光繞射的基本技術
思考題
第6 章 電子能帶
6.1 電子能帶的引入
6.2 固態能帶的形狀
6.2.1 Fermi 面
6.2.2 能隙
6.2.3 金屬－絕緣體轉換
6.3 Bloch 理論
6.3.1 Bloch 理論的對稱分析
6.3.2 Bloch 理論的Fourier 分析
6.3.3 Bloch 理論的波函數計算
6.3.4 Bloch 函數和Wannier 函數
6.4 理想條件下的三個能帶理論
6.4.1 Kronig-Penney 模型
6.4.2 近似自由電子模型
6.4.3 緊束縛模型
6.5 能帶理論的二個微擾理論及其應用
6.5.1 法
6.5.2 單一能帶的色散關係
6.5.3 Löwdin 微擾方法
6.5.4 不考慮自旋與軌道交互作用的價帶結構
6.5.5 考慮自旋與軌道交互作用的價帶結構
6.6 扭曲球模型等能面
6.6.1 導帶中電子的等效質量
6.6.2 價帶中的電洞等效質量
6.6.3 簡併的價帶是兩個各向同性的能帶
6.6.4 電子自旋- 軌域分裂帶電洞的等效質量m*so
6.7 由能帶理論衍生出的一些物理量
6.7.1 等效質量
6.7.2 晶體中電子的速度
6.7.3 晶體動量
6.7.4 狀態密度
思考題
第7 章 晶格動力學
7.1 晶格振動
7.2 晶格動力學的古典理論
7.2.1 聲模聲子
7.2.2 光模聲子
7.2.3 原子質量對聲子色散的影響
7.2.4 長波長近似
7.3 動力學矩陣
7.3.1 動力學矩陣的推導
7.3.2 正則模態的色散曲線與極化向量
7.3.3 面心立方晶體正則模態的色散曲線
7.4 黃昆方程式
7.4.1 黃昆方程式的推導
7.4.2 電子和聲子的耦合、光子和聲子的耦合
思考題
第8 章 電子傳輸現象—導電與導熱
8.1 粒子在固態中的傳輸現象
8.2 半經典模型
8.2.1 電場對電子運動的影響
8.2.2 磁場對電子運動的影響
8.3 Boltzmann 傳輸方程式
8.4 導電與導熱—Onsager 關係
8.4.1 固態的導電現象
8.4.2 固態的導熱現象
8.5 散射機制
8.5.1 缺陷散射
8.5.2 晶格散射
8.5.3 載子- 載子散射
8.6 van der Pauw 法
8.6.1 van der Pauw 法的推導
8.6.2 van der Pauw 法的另一種表示
思考題
第9 章 固態光學
9.1 固態物質的光學特性
9.2 固態的古典光學特性
9.2.1 固態介質中的波動方程式
9.2.2 固態光學的複介電常數
9.2.3 振盪子強度與介電常數
9.2.4 Kramers-Kronig 關係
9.2.5 固態光學的古典模型
9.3 固態光學的量子模型
9.4 帶間躍遷與光學特性
9.4.1 晶體中電子的躍遷與選擇規律
9.4.2 電子躍遷與光學特性參數的關係
9.4.3 電子的高階躍遷
思考題
第10 章 固態磁學
10.1 基本固態磁學特性
10.2 Bohr-van Leeuwen 理論
10.3 順磁性與逆磁性的Langevin 理論
10.3.1 順磁性的Langevin 理論
10.3.2 逆磁性的Langevin 理論
10.4 順磁性和逆磁性的量子理論
10.4.1 含有磁場的Hamiltonian
10.4.2 順磁性的量子理論
10.4.3 逆磁性的量子理論
10.5 鐵磁性、反鐵磁性與亞鐵磁性的Weiss 理論
10.5.1 鐵磁性的Weiss 理論
10.5.2 亞鐵磁性的Weiss 理論
10.5.3 反鐵磁性的Weiss 理論
思考題
第11 章 固體比熱
11.1 固態物質的熱特性
11.2 晶格比熱
11.2.1 晶格比熱的古典模型
11.2.2 Einstein 比熱理論
11.2.3 Debye 比熱理論
11.2.4 晶格比熱的說明
11.3 電子比熱
11.4 Schottky 比熱
思考題
第12 章 固態元激發
12.1 激子
12.2 聲子
12.2.1 聲子系統的Hamiltonian
12.2.2 聲子和溫度
12.3 磁子
12.3.1 溫度激發的磁子色散關係
12.3.2 磁場激發的磁子色散關係
12.4 電漿子
12.4.1 電漿子的古典理論
12.4.2 電漿子的量子理論
12.5 極化子
12.5.1 晶格極化的等效介電常數
12.5.2 小極化子的能量或小極化子的束縛能
12.5.3 大極化子的能量或大極化子的束縛能
12.6 偏振子或極化激元
12.6.1 偏振子學
12.6.2 體偏振子和表面偏振子
思考題
參考資料
索 引
第1章 固態科學導論
1.1 面對固態科學的策略
1.2 固態物理與數學
1.3 特性、變量與觀察
思考題
第2章 統計力學的基本概念
2.1 統計力學與固態物理
2.2 相空間
2.2.1 相空間的基本概念
2.2.2 相空間的基本意義
2.3 Lagrange乘子
2.4 統計力學的三個基本分布函數
2.5 統計能量
2.5.1 古典統計之電子平均能量
2.5.2 古典統計之系統平均能量
2.5.3 Fermi能量
2.6 Sommerfeld展開關係
思考題
第3 章 量子力學的基本原理
3.1 Schrödinger 方程式
3.2 量子力學的三項原理
3.3 量子力學的算符
3.3.1 量子力學算符...
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