固态物理学

固态物理学是通过诸如量子力学、晶体学、电磁学和冶金学等方法研究刚性物质或固体。它是凝聚态物理的xxx分支。固态物理学研究固态材料的大规模特性是如何从它们的原子级特性中产生的。因此，固态物理学形成了材料科学的理论基础。它还具有直接的应用，例如在晶体管和半导体技术中。

固体材料是由紧密堆积的原子形成的，这些原子相互作用紧密。这些相互作用产生了固体的机械性质、热、电、磁和光学性质。根据涉及的材料和形成条件的不同，原子可以规则的几何图案（晶体固体，包括金属和普通的水冰）或不规则的（无定形固体，例如普通的窗户玻璃）排列。

作为一般理论，大多数固态物理学都集中在晶体上。首先，这是因为晶体中原子的周期性（其定义特征）有助于数学建模。同样，晶体材料通常具有电、磁、光或机械性能，可用于工程目的。

晶体中原子之间的力可以采取多种形式。例如，在氯化钠晶体中，该晶体由离子 钠和氯组成，并与离子键结合在一起。在另一些原子中，原子共享电子并形成共价键。在金属中，电子通过金属键在整个晶体中共享。最后，稀有气体不进行任何这些类型的键合。固体形式的稀有气体与范德华力保持在一起是由于每个原子上的电荷云的极化导致的。实体类型之间的差异是由它们之间的键合差异引起的。

材料的许多特性都受其晶体结构的影响。可以使用多种晶体学技术来研究这种结构，包括X射线晶体学、中子衍射和电子衍射。

晶体固体材料中单个晶体的尺寸根据所涉及的材料和形成条件而变化。日常生活中遇到的大多数晶体材料都是多晶的，单个晶体在微观上是微观的，但是宏观的单晶可以自然（例如钻石）或人工生产。

真实晶体在理想排列中具有缺陷或不规则性，而正是这些缺陷决定了真实材料的许多电气和机械性能。

通过固态物理学研究了材料的导电性和热容量等特性。早期的电导模型是Drude模型，该模型将动力学理论应用于固体中的电子。通过假定材料包含固定的正离子和经典的非相互作用电子的“电子气” ，尽管Drude模型xxx高估了电子的热容量，但它能够解释金属的电导率和导热率以及霍尔效应。

Arnold Sommerfeld在自由电子模型（或Drude-Sommerfeld模型）中将经典Drude模型与量子力学相结合。在这里，电子被建模为费米气体，这是一种服从量子力学费米-狄拉克统计的粒子气体。自由电子模型对金属的热容量进行了改进的预测，但是无法解释绝缘子的存在。