查尔斯∙基泰尔 （Charles Kittel）本科阶段在麻省理工学院以及英国剑桥大学卡文迪许实验室学习物理，并在威斯康辛大学获得博士学位。他曾在贝尔实验室固态研究组与约翰∙巴丁(John Bardeen)以及威廉∙肖克利(William Shockley)一起工作（这两位与沃尔特∙布喇顿Walter Brattain因为共同发明了晶体管而获得了1956年的诺贝尔物理学奖）。基泰尔于1951年离开贝尔实验室到伯克利建立了固体物理理论研究组。他的研究领域主要集中于磁学以及半导体物理学。在磁学领域，他发展了铁磁以及反铁磁共振理论以及铁磁畴理论，并拓展了磁极化子布洛赫理论。在半导体物理学领域， 他参与了*一个回旋以及等离子体共振实验并将结果扩展到杂质态理论以及电子空穴液滴凝聚相。 查尔斯∙基泰尔曾获得三次古根海姆奖学金（Guggenheim fellowships），奥利弗∙巴克利 （Oliver Buckley）固体物理奖， 并由于其在物理教学上的杰出贡献获得美国物理教师协会颁发的奥斯特奖章（奥斯特是丹麦物理学家,其因发现电与磁的相互作用而）。查尔斯.基泰尔也是美国国家科学院院士以及美国艺术与科学学院院士。

目录
第1章 晶体结构
1.1 原子的周期性阵列
1.1.1 晶格平移矢量
1.1.2 结构基元与晶体结构
1.1.3 原胞
1.2 晶格的基本类型
1.2.1 二维晶格的分类
1.2.2 三维晶格的分类
1.3 晶面指数系统
1.4 简单晶体结构
1.4.1 氯化钠型结构
1.4.2 氯化铯型结构
1.4.3 六角密堆积（hcp）型结构
1.4.4 金刚石型结构
1.4.5 立方硫化锌型结构
1.5 原子结构的直接成像
1.6 非理想晶体结构
1.6.1 无规堆垛和多型性
1.7 晶体结构的有关数据
小结
习题
第2章 晶体衍射和倒格子
2.1 晶体衍射
2.1.1 布拉格定律
2.2.1 傅里叶分析
2.2 散射波振幅
2.2.2 倒格矢
2.2.3 衍射条件
2.2.4 劳厄方程
2.3 布里渊区
2.3.1 简单立方晶格的倒格子
2.3.2 体心立方晶格的倒格子
2.3.3 面心立方晶格的倒格子
2.4 结构基元的傅里叶分析
2.4.1 体心立方晶格的结构因子
2.4.2 面心立方晶格的结构因子
2.4.3 原子形状因子
习题
小结
第3章 晶体结合与弹性常量
3.1 惰性气体晶体
3.1.1 范德瓦耳斯-伦敦相互作用
3.1.2 排斥相互作用
3.1.3 平衡晶格常量
3.1.4 内聚能
3.2 离子晶体
3.2.1 静电能或马德隆（Madelung）能
3.2.2 马德隆常数的计算
3.3 共价晶体
3.5 氢键晶体
18.1 纳米结构的显微成像技术 3
3.4 金属晶体
3.6 原子半径
3.6.1 离子晶体半径
3.7 弹性应变的分析
3.7.1 膨胀
3.7.2 应力分量
3.8 弹性顺度与劲度常量
3.8.1 弹性能密度
3.8.2 立方晶体的弹性劲度常量
3.8.3 体积弹性模量与压缩率
3.9 立方晶体中的弹性波
3.9.1 沿［100］方向的弹性波
3.9.2 沿［110］方向的弹性波
小结
习题
第4章 声子（Ⅰ）：晶格振动
4.1 单原子结构基元情况下的晶格振动
4.1.1 第一布里渊区
4.1.2 群速
4.1.3 长波极限
4.1.4 从实验出发的力常量的推导
4.2 基元中含有两个原子的情况
4.3 弹性波的量子化
4.4 声子动量
4.5 声子引起的非弹性散射
小结
习题
第5章 声子（Ⅱ）：热学性质
5.1 声子比热容
5.1.1 普朗克分布
5.1.2 简正模的计算方法
5.1.3 一维情况下的态密度
5.1.5 计算态密度的德拜模型
5.1.4 三维情况下的态密度
5.1.6 德拜的T3律
5.1.7 计算态密度的爱因斯坦模型
5.1.8 D（ω）的一般表达式
5.2 非谐晶体相互作用
5.2.1 热膨胀
5.3 导热性
5.3.1 声子气的热阻率
5.3.2 倒逆过程
5.3.3 非理想晶格的情况
习题
第6章 自由电子费米气
6.1 一维情况下的能级
6.3 三维情况下的自由电子气
6.2 温度对费米-狄拉克分布的影响
6.4 电子气的比热容
6.4.1 金属比热容的实验结果
6.4.2 重费米子
6.5 电导率和欧姆定律
6.5.1 金属电阻率的实验结果
6.5.2 倒逆散射
6.6 在磁场中的运动
6.6.1 霍尔效应
6.7 金属的导热性
6.7.1 热导率与电导率之比
习题
第7章 能带
7.1 近自由电子模型
7.1.1 能隙的由来
7.1.2 能隙的大小
7.2 布洛赫函数
7.3 克勒尼希-彭尼模型
7.4 电子在周期势场中的波动方程
7.4.1 关于布洛赫定理的另一种表述形式
7.4.2 电子的晶体动量
7.4.3 关于中心方程的解
7.4.4 倒易空间中的克勒尼希-彭尼模型
7.4.5 空格点近似
7.4.6 在布里渊区边界附近的近似解
7.5 能带中的轨道数目
7.5.1 金属和绝缘体
习题
小结
第8章 半导体晶体
8.1 带隙
8.2 运动方程
8.2.1 公式？＝F的物理推导
8.2.2 空穴
8.2.3 有效质量
8.2.4 有效质量的物理基础
8.2.5 半导体中的有效质量
8.2.6 硅和锗
8.3 本征载流子浓度
8.3.1 本征迁移率
8.4 杂质导电性
8.4.1 施主态
8.4.2 受主态
8.5 温差电效应
8.4.3 施主和受主的热致电离
8.6 半金属
8.7 超晶格
8.7.1 布洛赫振子
8.7.2 齐纳隧道效应
小结
习题
第9章 费米面和金属
约化布里渊区图式
周期布里渊区图式
9.1 费米面的结构
9.1.1 近自由电子的情况
9.2 电子轨道、空穴轨道和开放轨道
9.3.1 能带计算的紧束缚法
9.3 能带的计算
9.3.2 维格纳-赛茨法
9.3.3 内聚能
9.3.4 赝势法
9.4 费米面研究中的实验方法
9.4.1 磁场中的轨道量子化
9.4.2 德哈斯-范阿尔芬效应
9.4.3 极值轨道
9.4.4 铜的费米面
9.4.5 磁击穿
小结
习题
第10章 超导电性
10.1 实验结果概述
10.1.1 超导电性的普遍性
10.1.2 磁场导致超导电性的破坏
10.1.3 迈斯纳效应
10.1.4 比热容
10.1.5 能隙
10.1.6 微波及红外性质
10.1.7 同位素效应
10.2 理论研究概述
10.2.1 超导相变热力学
10.2.2 伦敦方程
10.2.3 相干长度
10.2.5 BCS基态
10.2.4 超导电性的BCS理论
10.2.6 超导环内的磁通量子化
10.2.7 持续电流的存在时间
10.2.8 第Ⅱ类超导体
10.2.9 涡旋态
10.2.10 Hc1和Hc2的估算
10.2.11 单粒子隧道效应
10.2.12 约瑟夫森超导体隧道贯穿现象
10.2.13 直流（DC）约瑟夫森效应
10.2.14 交流（AC）约瑟夫森效应
10.2.15 宏观量子相干性
10.3 高温超导体
小结（CGS）
习题
参考文献
第11章 抗磁性与顺磁性
11.1 朗之万抗磁性方程
11.2 单核体系抗磁性的量子理论
11.3 顺磁性
11.4 顺磁性的量子理论
11.4.1 稀土离子
11.4.2 洪德定则
11.4.3 铁族离子
11.4.5 轨道角动量猝灭
11.4.4 晶体场劈裂
11.4.6 光谱劈裂因子
11.4.7 与温度无关的范弗莱克顺磁性
11.5 绝热去磁致冷
11.5.1 核去磁
11.6 传导电子的顺磁磁化率
小结（CGS）
习题
第12章 铁磁性与反铁磁性
12.1.1 居里点和交换积分
12.1 铁磁序
12.1.2 饱和磁化强度对温度的依赖关系
12.1.3 绝对零度下的饱和磁化强度
12.2 磁波子
12.2.1 自旋波的量子化
12.2.2 磁波子的热激发
12.3 中子磁散射
12.4 亚铁磁序
12.4.1 亚铁磁体的居里温度及其磁化率
12.4.2 铁石榴石（Iron Garnets）
12.5 反铁磁序
12.5.1 奈尔温度以下的磁化率
12.5.2 反铁磁性磁波子
12.6 铁磁畴
12.6.1 各向异性能
12.6.2 畴间的过渡区域
12.6.3 磁畴的起因
12.6.4 矫顽力和磁滞
12.7 单畴粒子
12.7.1 地磁和生物磁性现象
12.7.2 磁力显微术
小结（CGS）
习题
第13章 磁共振
13.1 核磁共振
13.1.1 运动方程
13.2.1 线宽的运动致窄效应
13.2 谱线宽度
13.3 超精细劈裂
13.3.1 举例：顺磁性点缺陷
A．卤化碱晶体中的F心
B．硅中的施主原子
13.3.2 奈特移位（Knight Shift）
13.4 核四极矩共振
13.5 铁磁共振
13.5.1 铁磁共振（FMR）中的形状效应
13.5.2 自旋波共振
13.6 反铁磁共振
13.7.1 线宽的交换致窄效应
13.8 微波激射作用的原理
13.7.2 谱线的零场劈裂现象
13.7 电子顺磁共振
13.8.1 三能级微波激射器
13.8.2 激光器
小结（CGS）
习题
第14章 等离体子、电磁耦子和极化子
14.1 电子气的介电函数
14.1.1 介电函数的定义
14.1.2 等离体光学
14.1.3 电磁波的色散关系
14.1.4 等离体中的横光学模
14.1.5 金属的紫外透明性
14.1.6 纵等离体振荡
14.2 等离体子（Plasmon）
14.3 静电屏蔽
14.3.1 屏蔽库仑势
14.3.2 赝势分量U（0）
14.3.3 莫特型金属-绝缘体转变
14.3.4 金属中的屏蔽效应和声子
14.4 电磁耦子
14.4.1 LST关系
14.5 电子-电子相互作用
14.5.1 费米液体
14.5.2 电子-电子碰撞
14.6 电子-声子相互作用：极化子
14.7 线型金属的派尔斯失稳性
习题
小结（CGS）
第15章 光学过程与激子
15.1 光学反射比
15.1.1 克拉默斯-克勒尼希关系
15.1.2 数学注释
15.1.3 举例：无碰撞电子气的电导率
15.1.4 电子的带间跃迁
15.2 激子
15.2.1 弗仑克尔激子
A．卤化碱晶体
B．分子晶体
15.2.2 弱束缚（莫特-万尼尔）激子
15.2.3 激子凝聚为电子-空穴液滴（EHD）
15.3 晶体中的拉曼效应
15.3.1 利用X射线得到的电子谱
15.4 快粒子在固体中的能量损失
小结
习题
第16章 介电体和铁电体
A．麦克斯韦方程组（Maxwell Equations）
B．极化强度（Polarization）
16.1 宏观电场
16.1.1 退极化场E1
16.2 原子位置上的局部场
16.2.1 洛伦兹场E2
16.2.2 空腔内诸偶极子的场E3
16.3 介电常量与极化率
16.3.1 电子极化率
16.4 结构相变
16.3.2 电子极化率的经典理论
16.5 铁电晶体
16.5.1 铁电晶体的分类
16.6 位移相变
16.6.1 软光学声子
16.6.2 相变的朗道（Landau）理论
16.6.3 二级相变
16.6.4 一级相变
16.6.5 反铁电性
16.6.6 铁电畴
16.6.7 压电性
习题
小结 （CGS）
17.1 重构和弛豫
第17章 表面与界面物理
17.2 表面晶体学
17.2.1 反射高能电子衍射
17.3 表面电子结构
17.3.1 功函数
17.3.2 热电子发射
17.3.3 表面态
17.3.4 表面上的切向输运
17.4 二维通道情况下的磁致电阻效应
17.4.1 整数量子霍尔效应（IQHE）
17.4.2 真实系统中的IQHE
17.4.3 分数量子霍尔效应（FQHE）
17.5.1 整流特性
17.5 p-n结
17.5.2 太阳电池和光生伏打型检测器
17.5.3 肖特基势垒
17.6 异质结结构
17.6.1 n-N异质结
17.7 半导体激光器
17.8 发光二极管（LED）
习题
第18章 纳米结构
18.1.1 电子显微技术
18.1.2 光学显微技术
18.1.3 扫描隧道显微技术
18.1.4 原子力显微技术
18.2 一维（1D）系统的电子结构
18.2.1 一维（1D）子带
18.2.2 范霍甫（Van Hove）奇点的光谱技术
18.2.3 一维金属——库仑相互作用和晶格耦合
18.3 一维情况下的电输运
18.3.1 电导量子化和Landauer公式
18.3.2 串联共振隧道效应中的双势垒
18.3.3 非相干相加和欧姆定律
18.3.4 定域化
18.3.5 电压探头及Buttiker-Landauer理论
18.4 零维（0D）系统的电子结构
18.4.1 量子化能级
18.4.2 半导体纳米晶
18.4.3 金属量子点
18.4.4 离散电荷态
18.5 零维（0D）情况下的电输运
18.5.1 库仑振荡
18.5.2 自旋、莫特绝缘体和近藤效应
18.5.3 超导量子点中的库珀对效应
18.6 振动性质和热学性质
18.6.1 量子化振动模
18.6.2 横振动
18.6.3 比热容及热输运
小结
习题
第19章 非晶固体
19.1 衍射花样
19.1.1 单原子非晶材料
19.1.2 径向分布函数
19.1.3 透明石英（S1O2）的结构
19.2 玻璃
19.2.1 黏度和原子（分子）的跳迁速率
19.3 非晶铁磁体
19.4 非晶半导体
19.5 非晶固体中的低能激发
19.5.1 比热容的计算
19.5.2 热导率
19.6 纤维光学
19.6.1 瑞利（Rayleigh）衰减
习题
第20章 点缺陷
20.1 晶格空位
20.2 扩散
20.2.1 金属
20.3 色心
20.3.1 F心
20.3.2 卤化碱晶体中的其他色心
习题
第21章 位错
21.1 单晶体的剪切强度
21.1.1 滑移
21.2 位错
21.2.1 伯格斯矢量（Burgers Vector）
21.2.2 位错应力场
21.2.3 低角晶界
21.2.4 位错密度
21.2.5 位错增殖和滑移
21.3 合金的强度
21.4 位错与晶体生长
21.4.1 晶须
21.5 材料的硬度
习题
第22章 合金
22.1 概述
22.2 替代式固溶体——休姆-罗瑟里（Hume-Rothery）定则
22.3 有序-无序转变
22.3.1 有序化的基本理论
22.4.1 共晶现象
22.4 相图
22.5 过渡金属合金
22.5.1 导电性
22.6 近藤效应
习题
附录
附录A 反射谱线对温度的依赖关系
附录B 计算格点和的埃瓦尔德方法
B1．关于偶极子阵列格点和的埃瓦尔德-科尔菲尔德计算方法
附录C 弹性波的量子化：声子
C1．声子坐标
C2．产生算符与湮灭算符
附录D 费米-狄拉克分布函数
附录E dk/dt表达式的推导
附录F 玻尔兹曼输运方程
F1．粒子扩散
F2．经典分布
F3．费米-狄拉克分布
F4．电导率
附录G 矢势、场动量和规范变换
G1．拉格朗日运动方程
G2．哈密顿量的推导
G3．场动量
G4．规范变换
G5．伦敦方程中的规范
附录H 库珀对
附录I 金兹堡-朗道方程
附录J 电子 声子碰撞
常用数值表