고체물리학 교과서는 상당히 많지만 한글로 번역되어 현재 유통되는 교과서로는 Kittel의 고체물리학밖에 없습니다. 대부분의 고체물리학자들은 원서든 한국어판으로든 이 책을 참고서 또는 교재로 공부하였 을 것입니다. 이 책이 장점이 많지만 결점도 많이 있습니다. 체계적인면이 부족하고 분량이 과도하게 많습니다. 따라서 현대적 감각에 맞는 새로운 스타일의 고체물리 교과서가 필요하다고 느낀 가운데 Steven Simon의 책이 눈에 띄었습니다.

이 책은 세 가지 면에서 기존의 고체물리학 교과서와 아주 다른 구성을 택하고 있습니다. 일단 책이 얇습니다. 부록을 제외하면 원서는 260여 페이지밖에 되지 않습니다. 초전도를 제외한 많은 고체물리 개념이 들어 있지만 불필요한 군더더기는 제거되었습니다. 둘째로 결정 구조와 역격자가 맨 처음에 나오지 않습니다. 사실 기하학적 지식이 요구되고 대칭성과 군론이 필요한 내용이 처음 나오면 고체물리학을 처음 접하는 학생들로서는 절망감을 느낄 수밖에 없을 것입니다. 그에 비해 이 책은 고체의 구조에 대한 지식이 필요 없이 이해 가능한 물성인 비열과 수송 특성을 먼저 다루면서 자연스럽게 고체물리학에 익숙하게 만듭니다. 셋째로는 주석이 상당히 많이 달려 있는데 이 중 많은 부분이 물리학자의 이야기와 과학사적인 내용을 담고 있기 때문에 지루하지 않게 읽을 수 있습니다. 슈뢰딩거의 사생활 이야기나 ‘세상의 모든 발견은 첫 발견자의 이름을 따서 명명되지 않는다’는 Stigler의 법칙은 아주 유머러스합니다. 따라서 독자들이 비교적 가벼운 마음으로 고체물리학을 대면할 수 있으리라고 생각합니다.

2013년에 1쇄가 나왔지만 번역은 2019년의 9쇄를 기준으로 하였습니다. 물리 용어는 한국물리학회의 용어집을 대체로 따랐습니다. 최근에 고등학교 화학 교과서에서는 원소의 이름을 미국식으로 바꾸기는 하지만 아직 통일된 것 같지 않아서 대중적으로 익숙하고 여전히 표준어인 이전의 용어를 그대로 사용하였습니다. 번역에 최선을 다하였으나 혹시 실수가 있다면 이는 전적으로 역자들의 책임일 것입니다. 고등학생이 대학에 들어와서 배우는 과목 중에 가장 당황스러움을 느끼는 과목 중의 하나가 고체물리학일 것이기 때문에, 이 책이 부디 고체물리학에 대한 학생들의 편견과 장벽을 극복하는 데 도움이 되면 좋겠습니다. 나아가 학생들이 고체물리학을 더 잘 이해하고 이에 친숙해지기 바랍니다.

CHAPTER 01 응집물질물리학에 대하여 1

1.1 응집물질물리학이란 무엇인가? 1

1.2 왜 우리는 응집물질 물리를 연구하는가? 2

1.3 왜 고체 물리학인가? 4

PART 01 미세구조를 고려하지 않은 고체의 물리학: 고체상태의 초창기

CHAPTER 02 고체의 비열: 볼츠만, 아인슈타인, 디바이 9

2.1 아인슈타인의 계산 10

2.2 디바이의 계산 12

2.2.1 주기(보른-폰 카르만) 경계 조건 13

2.2.2 플랑크를 따라가는 디바이의 계산 14

2.2.3 디바이의 사이값 채우기 17

2.2.4 디바이 이론의 몇 가지 단점 18

2.3 2장 부록: ???? 20

연습문제 21

CHAPTER 03 금속 안의 전자: 드루드 이론 25

3.1 장 속의 전자 26

3.1.1 전기장 속의 전자 26

3.1.2 전기장과 자기장 속의 전자 27

3.2 열 수송 29

연습문제 33

CHAPTER 04 금속 안의 전자의 심화: 조머펠트(자유전자) 이론 37

4.1 기초 페르미-디랙 통계 37

4.2 전자의 열용량 40

4.3 자기 스핀 감수율(파울리 상자성) 44

4.4 드루드 이론은 왜 잘 맞는가? 46

4.5 자유전자 이론의 단점 47

연습문제 50

PART 02 물질의 구조

CHAPTER 05 주기율표 55

5.1 화학, 원자, 그리고 슈뢰딩거 방정식 55

5.2 주기율표의 구조 57

5.3 주기율 경향 59

5.3.1 유효 핵전하 60

연습문제 62

CHAPTER 06 고체를 붙들고 있는 것: 화학 결합 65

6.1 이온 결합 65

6.2 공유 결합 68

6.2.1 상자안입자 묘사 68

6.2.2 분자 오비탈 또는 꽉묶음 이론 70

6.3 판데르발스, 요동 쌍극자 힘 또는 분자 결합 75

6.4 금속 결합 77

6.5 수소 결합 77

연습문제 79

CHAPTER 07 물질의 종류 83

PART 03 1차원에서 고체의 장난감 모형

CHAPTER 08 압축률과 소리, 열팽창에 대한 1차원 모형 91

연습문제 95

CHAPTER 09 1차원 단원자 사슬의 진동 99

9.1 역격자에 대한 첫째 대면 101

9.2 1차원 사슬의 분산 특성 103

9.3 양자 모드: 포논 105

9.4 결정 운동량 109

연습문제 111

CHAPTER 10 1차원 이원자 사슬의 진동 115

10.1 이원자 결정 구조: 몇 가지 유용한 정의 115

10.2 이원자 고체의 정규 모드 116

연습문제 124

CHAPTER 11 꽉묶음 사슬(막간과 예습) 127

11.1 1차원에서 꽉묶음 모형 127

11.2 꽉묶음 사슬의 해 130

11.3 띠를 채우는 전자에 대한 소개 133

11.4 다중 띠 134

연습문제 138

PART 04 고체의 구조

CHAPTER 12 결정 구조 145

12.1 격자와 단위 낱칸 145

12.2 3차원에서 격자 150

12.2.1 체심입방(bcc)격자 151

12.2.2 면심입방(fcc)격자 153

12.2.3 공 채우기 155

12.2.4 3차원의 다른 격자들 156

12.2.5 몇몇 실제 결정들 157

연습문제 159

CHAPTER 13 역격자, 브릴루앙 영역, 결정 내의 파동 161

13.1 3차원에서 역격자 161

13.1.1 1차원의 복습 161

13.1.2 역격자 정의 162

13.1.3 푸리에 변환으로서 역격자 164

13.1.4 격자면 무리로서 역격자점 166

13.1.5 격자면과 밀러 지수 167

13.2 브릴루앙 영역 170

13.2.1 1차원 분산과 브릴루앙 영역의 복습 170

13.2.2 일반적인 브릴루앙 영역 작도 170

13.3 3차원 결정에서 전자파동과 진동파 172

연습문제 174

PART 05 중성자와 X-선 회절

CHAPTER 14 결정에 의한 파동 산란 179

14.1 라우에와 브래그 조건 179

14.1.1 페르미 황금률 접근법 179

14.1.2 회절 접근 방식 181

14.1.3 라우에와 브래그 조건의 동등성 181

14.2 산란 진폭 182

14.2.1 간단한 예제 186

14.2.2 체계적 부재와 더 많은 예 187

14.2.3 선택 규칙의 기하학적 해석 190

14.3 산란 실험 방법 190

14.3.1 고급 방법 191

14.3.2 가루 회절 191

14.4 산란에 관한 추가 정보 197

14.4.1 변형: 액체와 비정질 고체에서 산란 197

14.4.2 변형: 비탄성 산란 198

14.4.3 실험 장치 198

연습문제 201

PART 06 고체 속의 전자

CHAPTER 15 주기적인 퍼텐셜 속의 전자들 207

15.1 준자유 전자 모형 207

15.1.1 겹침 미동 이론 209

15.2 블로흐의 정리 215

연습문제 218

CHAPTER 16 절연체, 반도체, 또는 금속 221

16.1 1차원에서 에너지 띠 221

16.2 2차원과 3차원에서 에너지 띠 223

16.3 꽉묶음 225

16.4 금속과 절연체에서 띠구조 묘사의 실패 227

16.5 띠구조와 광학적 성질 228

16.5.1 절연체와 반도체의 광학적 성질 228

16.5.2 직접 전이와 간접 전이 229

16.5.3 금속의 광학적 성질 230

16.5.4 불순물의 광학적 효과 231

연습문제 232

CHAPTER 17 반도체 물리 235

17.1 전자와 정공 235

17.1.1 드루드 수송: 돌아가기 239

17.2 불순물로 전자 또는 정공을 더하기: 도핑 241

17.2.1 불순물 상태 242

17.3 반도체의 통계물리 245

연습문제 250

CHAPTER 18 반도체 소자 253

18.1 띠구조 공학 253

18.1.1 띠틈 설계 253

18.1.2 균일하지 않은 띠틈 254

18.2 p-n 접합 256

18.3 트랜지스터 261

연습문제 264

PART 07 자성과 평균장 이론

CHAPTER 19 원자의 자기적 성질: 상자성과 반자성 269

19.1 자성의 종류에 대한 기초 정의 270

19.2 원자 물리: 훈트 규칙 271

19.2.1 왜 모멘트는 정렬하는가? 274

19.3 외부 자기장과 원자 속 전자의 결합 276

19.4 자유 스핀 (퀴리 또는 랑주뱅) 상자성 278

19.5 라모어 반자성 281

19.6 고체 속의 원자 282

19.6.1 금속의 파울리 상자성 283

19.6.2 고체의 반자성 283

19.6.3 고체의 퀴리 상자성 284

연습문제 287

CHAPTER 20 자발적 자기 질서: 강자성, 반강자성, 준강자성 289

20.1 (자발적) 자기 질서 290

20.1.1 강자성체 291

20.1.2 반강자성체 291

20.1.3 준강자성체 292

20.2 깨진 대칭성 293

20.2.1 이징 모형 294

연습문제 295

CHAPTER 21 자기 구역과 히스테리시스 299

21.1 강자성체의 거시적 효과: 자기 구역 299

21.1.1 구역 벽 구조와 블로흐/네엘 벽 301

21.2 강자성의 히스테리시스 303

21.2.1 무질서 고정 303

21.2.2 단일-구역 미소결정 304

21.2.3 구역 고정과 히스테리시스 305

연습문제 308

CHAPTER 22 평균장 이론 311

22.1 강자성 이징 모형을 위한 평균장 방정식 312

22.2 자체일관성 방정식의 해 313

22.2.1 상자성 감수율 316

22.2.2 추가적으로 드는 생각 316

연습문제 318

CHAPTER 23 상호작용으로부터의 자기학: 허버드 모형 323

23.1 떠도는 강자성 324

23.1.1 허바드 강자성 평균장 이론 325

23.1.2 스토너 기준 326

23.2 모트 반강자성 328

23.3 부록: 수소 분자에 대한 허바드 모형 331

연습문제 335

APPENDIX A 샘플 시험과 해답 337

시 험 337

해 답 340

APPENDIX B 좋은 책들의 목록 355

색 인 359

사람들 색인 360

주제들 색인 366