Введение

Объекты физики конденсированного состояния  кристаллы, аморфные тела и жидкости  представляют собой системы, состоящие из большого числа сильно взаимодействующих частиц, атомов или молекул, когда расстояния между частицами соизмеримы с их размерами. Основное состояние такой системы частиц это состояние с наиболее высокой симметрией, т.е. идеальный кристалл, а возбужденные состояния описываются на языке квантов возбуждения (квазичастиц) и структурных дефектов кристаллического строения. Поэтому изучение основного, т.е. кристаллического состояния вещества концептуально важно для понимания влияния дефектов на физические свойства реальных твердых тел.

Важность изучения кристаллического состояния вещества определяется также широким применением кристаллов в технике и производстве. Кроме того, использование мощного аппарата теории симметрии, а также экспериментальных методов исследования кристаллов, основанных на дифракции частиц (электронов, протонов и нейтронов) позволило создать логически завершенную квантовую физику кристаллов, которая лежит в основе современных представлений о структуре и свойствах конденсированного состояния вещества.

Настоящее учебное пособие основано на курсе лекций по «Физике конденсированного состояния», который читался автором для студентов-физиков Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина в 1996-2008 гг. Изложение материала строится на единой методологической основе, включающей в себя метод квазичастиц, который подробно обосновывается на примере фононов, теорию возмущения и квазиклассические уравнения движения.

Предполагается знание студентами квантовой механики и статистической физики в объеме стандартной университетской программы. Особенно важно знать следующие вопросы из курса квантовой механики: 1) постулаты квантовой механики, вероятностный смысл волновой функции, уравнение Шрёдингера, принцип суперпозиции, квантовое уравнение движения в форме Гейзенберга; 2) движение частицы в центральном поле, теория водородоподобного атома; 3) квантовый гармонический осциллятор, задача связанных квантовых осцилляторов; 4) принцип тождественности одинаковых частиц, обменное взаимодействие, синглетное и триплетное состояния двухфермионной системы; 5) теория возмущения в случае вырождения; 6) квазиклассическое приближение. Из курса статистической физики необходимо знание классического и квантовых статистических распределений частиц по энергиям.

Из-за сравнительно небольшого количества часов, отведенных по программе данному курсу основной акцент в учебном пособии сделан на изложении тепловых и электрических свойств твердых тел. В последнем случае подробно обосновывается различие температурных зависимостей электропроводности полупроводников, нормальных металлов и металлических сверхпроводников как следствие различных статистических функций распределения электронов по энергиям: Максвелла-Больцмана, Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна соответственно. В заключительной главе изложены основные принципы и методы экспериментального исследования электронной структуры кристаллических твердых тел.