國立嘉義大學102學年度第1學期教學大綱

課程代碼10213420114上課學制大學部
課程名稱固態物理導論(I) Introduction to Solid State Physics(I)授課教師 (師資來源)洪一弘(電子物理學系)
學分(時數)3.0 (3.0)上課班級電物系4年甲班
先修科目必選修別選修
上課地點電物一館 A15-307 授課語言國語
證照關係晤談時間星期3第3節~第4節, 地點:A18B-106
課程大網網址https://web085004.adm.ncyu.edu.tw/Syllabus/Syllabus_Rpt.aspx?CrsCode=10213420114
備 註
本課程之教學主題、內容或活動是否與性別平等議題有相關之處:否

◎系所教育目標:
本系課程除涵蓋一般物理學系應有之重要基礎課程外,並同時兼顧物理理論與應用,高年級課程編排,除表列光電、固態電子等物理專論外,將與校外產業資源結合,以實務技能之學習為目標,期能於在校期間即設計與科技產業接觸機會,拓展科技視野,為就業預作預備,或為升學奠定學術基礎。
◎核心能力關聯性
1.培養基礎物理知能5 關聯性最強
2.培養光電科學知能3 關聯性中等
3.培養固態電子知能5 關聯性最強
4.培養實驗技能3 關聯性中等
◎本學科學習目標:
1 培養應用物理知能
2 培養光電科學知能
3 培養固態電子知能
4 培養實驗技能
◎教學進度:
週次主題教學內容教學方法
01
09/18
IntroductionIntroduction to the scope of Solid State Physics講授。
02
09/25
Ch. 1 Crystal Structure1.1 Periodic Array of Atoms
1.1.1 Lattice Translation Vectors
1.1.2 Basis and the the Crystal Structure
1.1.3 Primitive Lattice Cell
講授。
03
10/02
Ch. 1 Crystal Structure1.2 Fundamental Types of Lattices
1.2.1 Two-Dimenional Lattice Types
1.2.2 Three-Dimenional Lattice Types
1.3 Index Systems for Crystal Planes
講授。
04
10/09
Ch. 1 Crystal Structure1.4 Simple Crystal Structures
1.4.1 NaCl Structure;
1.4.2 CsCl Structure;
1.4.3 Hexagonal Close-Packed Structure(HCP); 1.4.4 Diamond Strucrure;
1.4.5 ZnS Structure
講授。
05
10/16
Ch. 1 Crystal Structure1.5 Direct Imaging of Atomic Structure
1.5.1 High-Resolution Transmission Electron
Mircoscpy(HRTEM);
1.5.2 Scanning Tunneling Mircoscpy(STM)& Atmic Force Mircoscpy(AFM);
1.5.3 Electron Emission Holography(EHH)
講授。
06
10/23
Ch. 1 Crystal Structure1.6 Nonideal Crystal Structure
1.6.1 Polycrystals
1.6.2 Amorphous solids
1.6.3 Quasicrystals
1.7 Summary
作業/習題演練、講授。
07
10/30
Ch. 2 Crystal diffraction and
Reciprocal Lattice
2.1 Diffraction Waves of Crystals
2.1.1 X-Ray;
2.1.2 Electrons;
2.1.3 Neutrons
2.2 Diffraction Methods of Crystals
2.2.1 X-Ray Diffraction (XRD);
2.2.2 Electron Diffraction(LEED & RHEED); 2.2.3 Neutron Scattering
2.3 Bragg Law
講授。
08
11/06
Ch. 2 Crystal diffraction and
Reciprocal Lattice
2.4 Scattered Waves Amplitude
2.4.1 Fourier Analysis
2.4.2 Reciprocal Lattice Vectors
2.5 Diffraction Conditions
2.5.1 Laue Equations
2.5.2 Ewald Construction
講授。
09
11/13
Mid-term Examination2-hours Examination,
Examination of Ch. 1.1~2.5
期中考。
10
11/20
Ch. 2 Crystal diffraction and
Reciprocal Lattice
2.8 Brillouin Zones
2.8.1 Reciprocal Lattice SC Lattice
2.8.2 Reciprocal Lattice BCC Lattice
2.8.3 Reciprocal Lattice FCC Lattice
講授。
11
11/27
Ch. 2 Crystal diffraction and
Reciprocal Lattice
2.9 Fourier Analysis of the Basis
2.9.1 Structure Factor of the BCC Lattice
2.9.2 Structure Factor of the FCC Lattice
2.9.2.1 Structure Factor of the KCl Lattice
2.9.2.2 Structure Factor of the NaCl Lattice
2.9.3 Atomic Scattering Factor
2.9.3.1 X-Ray Scattering for the Electron Density Ditribution of Crystals
2.10 Summary
作業/習題演練、講授。
12
12/04
Ch. 3 Crystal Binding3.1 The Principal Types of Crystalline Binding
3.2 Molecular Crystal
3.2.1 Crystals of Inert Gases
3.2.2 Van der Waal Interaction
講授。
13
12/11
Ch. 3 Crystal Binding3.2.3 Equilibriun Lattice Constants
3.2.4 Cohesive Eenergy
3.3 Ionic Crystals
3.3.1 Electrostatic or Madelung Energy
3.3.2 Evaluation of the Madelung Constant
講授。
14
12/18
Ch. 3 Crystal Binding3.4 Covalent Crystals
3.5 Metal
3.6 Hydrogen Bonds
3.7 Ionic Crystal Radii
3.8 Summary
作業/習題演練、講授。
15
12/25
Ch. 4 Phonon (I) : Crystal
Vibrations
4.1 Vibrations of Crystals with Monatomic Basis
4.1.1 First Brillouin Zone
4.1.2 Group velocity
講授。
16
01/01
Ch. 4 Phonon (I) : Crystal
Vibrations
4.2 Vibrations of Crystals with Two Atoms per
Primitive Basis
4.2.1 Acoustical Bbranch
4.2.2 Optical Branch
4.2.3 Fequency Ggap
4.2.4 ω(K) Dispersion Relation
講授。
17
01/08
Ch. 4 Phonon (I) : Crystal
Vibrations
4.3 Quantization of Elastic Waves : Phonon
4.4 Inelastic Scattering by Phonons
4.5 Summar
講授。
18
01/15
Final Examination2-hours Examination,
Examination of Ch. 2.8~4.5
期末考。
◎課程要求:
1.第一章要瞭解:(1)固態材料的分類;(2)基元(basis)與晶格(lattice)的關係;(3)primitive cell與primitive axis;(4)結晶平面的Miller指數;(5)直接觀察晶體的原子排列結構的方法;(6)七大晶系。
2.第二章要瞭解:(1)晶體的繞射方法;(2)布拉格定律(Bragg law)及證明;(3)倒晶格(reciprocallattice)與晶格(direct lattice)的關係;(4)Ewald Construction;(5)Brillouin Zones;(6)結構因子(Structure factor)。
3.第三章要瞭解:(1)晶體的鍵結(crystal bonding)類型及形成原因;(2)晶體的內聚能(cohesive energy)及鍵結能(bonding energy;(3)Van der Waal Interaction;(4)Madelung Energy;(5)Pauli exclusion principle。
4.第四章要瞭解:(1)聲子(phonon)的形成原因;(2)聲子(phonon)的色散(dispersion )關係圖ω(K);(3)Acoustical phonon與Optical phonon的形成原因;(4)phonon的density of states;(5)Van Hove singularity的形成原因
◎成績考核
課堂參與討論10%
期中考35%
期末考35%
作業/習題演練20%

補充說明:1.教材為自編的POWER POINT講義 2.建議預修課程:量子物理、力學、電磁學
◎參考書目與學習資源
1. Charles Kittel, “Introduction to Solid State Physics”, WILEY (歐亞圖書)
2. Sybil P. Parker, “SOLID-STATE PHYSICS SOURCE BOOK”, McGRAW-HILL, 1988.
1.請尊重智慧財產權、使用正版教科書並禁止非法影印。
2.請重視性別平等教育之重要性,在各項學生集會場合、輔導及教學過程中,隨時向學生宣導正確的性別平 等觀念及尊重多元性別,並關心班上學生感情及生活事項,隨時予以適當的輔導,建立學生正確的性別平等意識。