固体物理学是凝聚态物理学的最大分支。它的研究对象是固体，特别是具有原子排列的周期性结构的晶体。固体物理学的基本任务是从微观层面解释固体材料的宏观物理性质。主要理论基础是非相对论量子力学，还使用了电动力学和统计物理学的理论。主要方法是应用薛定谔方程描述固体材料的电子态，并使用布洛赫波函数表达晶体周期性势场中的电子态。在此基础上，他发展了固体能带理论，预言了半导体的存在，为晶体管的制造提供了理论基础。
背景
固体材料由紧密堆积的原子组成，原子之间存在很强的作用力。这种力决定了固体的机械性能（如硬度和弹性）、热性能、电性能、磁性能和光学性能。根据物质和材料形成的条件，材料中的原子可以形成规则（晶体，包括金属和冰）或不规则（非晶体网校头条，例如普通玻璃）排列。
作为一般理论，固体物理的研究主要集中在晶体上。这主要是因为晶体中原子的周期性有利于数学模型的建立。同样，晶体材料通常具有可在工程中利用的电、磁、光学或机械工程特性。
作用在晶体中粒子上的力可以有多种形式。在离子晶体中，阴离子和阳离子通过离子键结合。在分子晶体中，参与成键的原子通过共享电子形成共价键。在金属晶体中，电子离域形成金属键。稀有气体不形成键；在固态下，将它们结合在一起的力来自单个原子电子云极化引起的范德华力。不同固体之间的差异是由于键的类型不同造成的。 1
历史
尽管固体的物理性质几个世纪以来一直是科学界的一个常见问题，但直到 20 世纪 40 年代，“固体物理学”这一名称下的研究领域才出现，特别是美国物理学会固体物理分会（固态半导体公司 DSSP）成立。固体物理系服务于工业物理学家的需求，固体物理因此与固体相关实验的技术应用联系在一起。到 20 世纪 60 年代初，固体物理分会已成为美国物理学会最大的分会。
第二次世界大战后，欧洲，特别是英国、德国和苏联也出现了一个庞大的固态物理学家群体。在美国和欧洲，固体物理由于对半导体、超导现象、核磁共振等现象的研究而成为重要的研究领域。冷战初期，固体物理的研究对象往往不局限于固体，为20世纪70年代至80年代凝聚态物理的发展奠定了基础。凝聚态物理主要由研究固体、液体、等离子体和其他复合物的常用技术组成。目前，固态物理学通常被认为是凝聚态物理学的一个分支，重点研究具有固定晶格的固体的性质。 1
晶体结构和性质
许多材料的特性取决于它们的晶体结构。有许多晶体学技术可用于研究晶体结构，例如 X 射线晶体学、中子衍射技术和电子衍射。
结晶固体材料中单个晶体的尺寸将根据构成材料和初始形成条件而变化。我们在日常生活中接触到的大多数晶体材料都是多晶的，其中单个晶体的尺寸大约是微观的，但宏观尺寸的单晶也可以自然产生（例如钻石）或通过人工过程产生。
实际晶体中存在与理想结构不同的晶体缺陷或不规则排列。这些缺陷对实际材料的许多电气和机械性能具有至关重要的影响。 1
电子特性
固态物理学探索材料的许多特性，例如电阻率和热容。德鲁德模型是一种早期的电导率模型我国固体物理学家，它将分子动力学理论应用于固体中的电子。通过假设材料包含固定的正离子和由经典物理学中不相互作用的电子组成的“电子云”，德鲁德模型可以解释电导率和热导率，以及金属的特性。霍尔效应，尽管电子热容量被大大高估了。
阿诺德·索末菲将经典德鲁德模型与自由电子模型中的量子力学相结合（也称为德鲁德-索末菲模型）。在该模型中，电子被假设为费米气体，其组成粒子服从量子力学的费米-狄拉克统计。自由电子模型可以更准确地预测金属的热容我国固体物理学家，但它无法解释绝缘体存在的原因。
近自由电子近似是自由电子模型的修改版本，它通过周期性扰动模拟晶体中导电电子和离子之间的相互作用。该理论通过引入能带结构的概念，成功地解释了导体、半导体和绝缘体的存在。
当势能具有周期性时，近自由电子近似重写了薛定谔方程。这种条件下的波函数解称为布洛赫波。由于布洛赫的理论只适用于周期性势能，而晶体中的原子会不断地随机运动，破坏周期性，所以这个理论只能被视为一种近似。尽管如此，这种近似非常有价值：没有它，大多数固态物理分析将变得棘手，势能与其周期性之间的误差将通过微扰理论来处理。 2
看
凝聚态物理
坚硬的
水晶
本条目的贡献者是：
张雷 - 副教授 - 西南大学
