Диэлектрики полупроводники, металлы - Слэтер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
представления.
Такое изложение должно убедить читателя в полной ошибочности широко
распространенного мнения о том, что физика твердого тела есть достижение
только самых последних лет. Следует, правда, сказать, что число работ,
опубликованных в этой области после войны, т. е. с 1946 г., во много раз
больше, чем до этого. Точно так же многие из экспериментальных методов
были созданы после войны. Эти факты ярко иллюстрируются библиографией,
находящейся в конце этого тома; последняя разделена на две части: первая
часть - список статей, опубликованных до 1946 г., вторая - список более
поздних работ. Эта вторая часть значительно больше первой. Однако наши
теоретические представления уже к 1939 г. достигли замечательной полноты.
Как сказано выше, основные вопросы были очень тщательно изучены уже к
1926 г. Более того, даже к 1900 г. в понимании твердого тела был
достигнут существенный прогресс.
Прошлый век был периодом изучения объемных свойств вещества, а также
достаточно полного развития кинетической теории газов. В это же время
была понята общая природа молекул и началось накопление сведений об
электронах, ионах и электронных свойствах веществ. Многие как
теоретические, так и экспериментальные данные в области твердого тела
были получены до 1900 г. Так, исследование свойств симметрии кри-
§ I. Теория металлов по Друде - Лорентцу
15
сталлов, изучение пространственных групп и т. д. (см. [']) было завершено
в основном до 1900 г. Такие проблемы, как упругость кристаллов, их
оптические свойства (например, двойное лучепреломление), термические и
электрические свойства, пьезоэлектричество, и многие другие были уже
детально изучены и описаны в некоторых случаях, более полно, чем в
последующее время.
Существует монументальная книга "Учебник кристаллофизики", написанная
Фогтом в 1910 г. [2]. В ней собран материал, относящийся ко многим
названным темам, причем он основан главным образом на работах,
выполненных до 1900 г. или вскоре после него. Некоторые из задач,
рассматриваемых в этой книге, показывают, насколько высоко была развита
физика твердого тела в тот период. Таковы, например, главы, посвященные
симметрии кристаллов и общему рассмотрению их векторных и тензорных
свойств, главы, посвященные механике, термодинамике, электрическим и
магнитным свойствам твердого тела. Вслед за этим описываются такие
специфические явления, как пироэлектричество, пиромагнетизм, тепловое
расширение, электрическая и термическая проводимости, диэлектрические
явления, пара- и диамагнетизм, ферромагнетизм, термоэлектричество,
упругость, внутреннее трение, пьезоэлектричество и пьезомагнетизм, причем
излагается не просто качественная теория. Речь идет о тщательном
математическом расчете, во многих случаях более основательном, чем
имеющиеся во многих современных учебниках.
Как уже отмечалось, к 1900 г. были не только изучены теоретически и
экспериментально эти объемные свойства твердого тела, но и началось также
изучение электронной структуры вещества. Работы Томсона и других привели
к довольно ясному пониманию свойств электронов, хотя представление о
ядерном строении атома появилось более чем 10 лет спустя. Ионы в
растворах были изучены хорошо, равно как и проводимость электронов.
Началось активное изучение электропроводности газов. Казалось вполне
естественным попытаться объяснить явления электропроводности и
теплопроводности металлов, термоэлектрические эффекты, эффект Холла и т.
д., исходя из движения электронов. Оптические свойства твердого тела
также экспериментально изучались в течение многих лет. В частности, было
хорошо изучено явление аномальной дисперсии. За некоторое время до этого
Зельмейер высказал мысль, что явления преломления и поглощения света в
твердом теле можно понять, допустив, что твердые тела содержат
колеблющиеся частицы. Последние должны приводиться в движение световой
волной и
16
Г л. I. Теория электропроводности
в свою очередь влиять на ее поле, что и приводит к наблюдаемым оптическим
свойствам вещества.
Пришло время для создания законченной электронной теории твердого тела, и
в 1900 г. Друде [3] впервые предложил удовлетворительную теорию такого
типа. В своих первых работах он рассмотрел электрическую и термическую
проводимость, термоэлектрические свойства и некоторые связанные с ними
проблемы. Позднее он перешел к оптическим свойствам. Лорентц [4- 5]')
развил эти работы и дал объяснение некоторым другим явлениям, таким,
например, как эффект Зеемана. Успехи Друде и Лорентца были весьма
существенными для последующих работ и для всего того, о чем мы будем
говорить в ближайших нескольких главах. По этой причине представляется
целесообразным изложить в настоящей главе объяснение электропроводности,
данное названными авторами, а позднее, в гл. 4 и 5, - предложенную ими
трактовку оптических свойств вещества. Во многих отношениях подход Друде
и Лорентца и теперь сохранил свое значение, несмотря на очень большой
