固體物理基于點陣結構、能帶論和晶格振動理論對傳統固體材料的物理性質給予了很好的闡釋。過去幾十年中,固體材料在如下幾個方向的發展使傳統固體理論受到挑戰:一是向小處發展,研究低維或納米材料等,如C60、碳管和石墨烯等,此時周期性晶格結構、布洛赫定理、能帶論以及基于多粒子的統計理論將不再成立,由此誕生了低維物理和納米物理;二是向復雜體系發展,如重費米子體系、高溫超導體和龐磁電阻材料等,此時晶格結構不再唯一,軌道結構重要性增加,電子一電子、電子一聲子、電子一軌道、自旋.軌道等相互作用共存,固體物理中的絕熱處理將失效,由此誕生了強關聯物理和自旋電子學;三是向有機材料方向發展,如有機半導體和生物大分子物理等,此時,電子一晶格的相互作用和糾纏很強,出現較大的重整能,小分子固體和高分子聚合物將呈現復雜而豐富的物理特性,固體物理的基本理論在有機固體中需要重新考證和發展。
長期以來,有機材料一直被認為是絕緣材料。1976年Heeger、MacDiarmid和Slurakawa合成了第一個導電高分子材料——聚乙炔,此后大量的功能有機小分子和高分子被成功合成,人們開始認識有機分子或固體在電磁光等功能特性方面的盧山真面目。有機固體或有機半導體己成為固體物理研究的重要新領域。有機固體物理包含了物理學與化學甚至生命科學的交叉,其理論體系的建立將是對傳統固體物理的極大豐富;诖耍覀冊诙嗄杲虒W和研究積累的基礎上,順應學科發展的要求,于2012年編寫出版了《有機固體物理》-書,該書受到相關領域讀者的廣泛關注。近年來,有機固體在自旋電子學、多鐵、太陽能電池等方面又有了很多新發展。我們修訂此書,一方面對一版內容進行精煉,另一方面補充有機固體與器件物理方面的最新進展,使該書更加完善。
本書共分九章,第1章簡要介紹傳統固體物理的基本知識,其中的一些概念和圖像在有機固體中會被發展和豐富。第2章介紹有機固體的結構,對小分子和高分子聚合物結構分別給予介紹。第3章和第4章分別介紹了有機固體中的極化子和激子等元激發,極化子是有機固體中的載流子,區別于傳統無機固體中的電子和空穴。這兩章通過分析有機材料的相互作用特點,引入物理模型,詳細介紹了極化子理論和激子理論。第5章至第7章介紹有機固體及器件的電磁光特性,是有機固體或薄膜的重要功能,豐富了有機光伏方面的內容,增加了有機自旋電子學和有機多鐵方面的知識。作為特殊的有機分子材料,第8章介紹了生物大分子,側重于對當前DNA物理性質研究的概述。最后第9章介紹了全碳家族,對富勒烯和石墨烯以及最新二維碳結構材料研究進展進行了簡述。
編寫過程中,我們查閱了大量相關文獻,盡可能將一些精華的內容吸收到本書之中。鑒于我們水平有限,可能掛一漏萬,書中也難免有疏漏和不妥之處,懇請大家批評指正。
再版過程中,山東大學梅良模教授以及顏世申、王春雷、郝曉濤、康仕壽、蕭淑琴、秦偉等教授為本書提出了很多有益的建議,山東大學物理學院有機固體研究組的研究生們也參與了本書的修訂,在此一并表示感謝。
本書的出版,得到了國家自然科學基金、基金委理論物理?睢依砜苹亟滩幕稹⑸綎|大學晶體材料國家重點實驗室等的資助。
本書面對的主要讀者為凝聚態物理學、材料科學及有機化學工作者、研究生及高年級本科生等。