主题：【分享】固 体 物 理 学

固体磁性是一个有很久历史的研究领域。抗磁性是物质的通性，来源于在磁场中电子的轨道运动的变化。从20世纪初至30年代，经过许多学者努力建立了抗磁性的基本理论。范扶累克在1932年证明在某些抗磁分子中会出现顺磁性；朗道在1930年证明导体中传导电子的非局域的轨道运动也产生抗磁性，这是量子的效应；居里在1895年测定了顺磁体磁化率的温度关系，朗之万在1905年给出顺磁性的经典统计理论，得出居里定律。顺磁性的量子理论连同大量的实验研究，导致顺磁盐绝热去磁致冷技术出现，电子顺磁共振技术和微波激射放大器的发明，以及固体波谱学的建立。

    在固体物理学中相变占有重要地位。它涉及熔化、凝聚、凝固、晶体生长、蒸发、相干衡、相变动力学、临界现象等，19世纪吉布斯研究了相平衡的热力学。后来厄任费斯脱在1933年对各种相变作了分类。60年代以后，人们对发生相变点的临界现象做了大量研究，总结出标度律和普适性。卡达诺夫在1966年指出在临界点粒子之间的关联效应起重要作用。威耳逊在1971年采用量子场论中重正化群方法，论证了临界现象的标度律和普适性，并计算了临界指数，取得成功。

    晶体或多或少都存在各种杂质和缺陷，它们对固体的物性，以及功能材料的技术性能都起重要的作用。半导体的电学、发光学等性质依赖于其中的杂质和缺陷；大规模集成电路的工艺中控制和利用杂质及缺陷是极为重要的。贝特在1929年用群论方法分析晶体中杂质离子的电子能级的分裂，开辟了晶体场的新领域。数十年来在这领域积累了大量的研究成果，为顺磁共振技术、微波激射放大器、固体激光器的出现准备了基础。

    硬铁磁体、硬超导体、高强度金属等材料的功能虽然很不同，但其技术性能之所以强或硬，却都依赖于材料中一种缺陷的运动。在硬铁磁体中这缺陷是磁畴壁，在超导体中它是量子磁通线，在高强度金属中它是位错线，采取适当工艺使这些缺陷在材料的微结构上被钉住不动，有益于提高其技术性能。

    高分辨电子显微术正促使人们在更深的层次上来研究杂质、缺陷和它们的复合物。电子顺磁共振、穆斯堡尔效应、正电子堙没技术等已成为研究杂质和缺陷的有力手段。在理论上借助于拓扑学和非线性方程的解，正为缺陷的研究开辟新的方向。

    从60年代起，人们开始在超高真空条件下研究晶体表面的本征特性，以及吸附过程等通过粒子束(光束、电子束、高子束或原子束)和外场(温度、电场或磁场)与表面的相互作用，获得有关表面的原子结构、吸附物特征、表面电子态以及表面元激发等信息，加上表面的理论研究，形成表面物理学。

    同体内相比，晶体表面具有独特的结构和物理、化学性质。这是由于表面原子所处的环境同体内原子不一样，在表面几个原子层的范围，表面的组分和原子排列形成的二维结构都同体内与之平行的晶面不一样的缘故。表面微观粒子所处的势场同体内不一样，因而形成独具特征的表面粒子的运动状态，限制粒子只能在表面层内运动并具有相应的本征能量，它们的行为对表面的物理、化学性质起重要作用。

    非晶态固体的物理性质同晶体有很大差别，这同它们的原子结构、电子态以及各种微观过程有密切联系。从结构上来分，非晶态固体有两类。一类是成分无序，在具有周期性的点阵位置上随机分布着不同的原子或者不同的磁矩；另一类是结构无序，表征长程序的周期性完全破坏，点阵失去意义。但近邻原子有一定的配位关系，类似于晶体的情形，因而仍然有确定的短程序。

    例如，金属玻璃是无规密积结构，而非晶硅是四面体键组成的无规网络。20年代发现，并在70年代得到发展的扩展 X射线吸收精细结构谱技术，成为研究非晶态固体原子结构的重要手段。

    无序体系的电子态具有其独特的性质，安德森在他的富有开创性的工作中，探讨了无序体系中电子态局域化的条件，10年之后，莫脱在此基础上建立了非晶态半导体的能带模型，提出迁移率边的概念。

    在无序体系中，电子态有局域态和扩展态之分。在局域态中的电子只有在声子的合作下才能参加导电，这使得非晶态半导体的输运性质具有新颖的特点。1974年人们掌握了在非晶硅中掺杂的技术，现在非晶硅已成为制备高效率太阳能电池的重要材料。

    非晶态合金具有特殊的物理性质。例如，它们的电阻率较大而其温度系数小。有的材料有很大的拉伸强度，有的具有优异的抗腐蚀性，可与不锈钢相比。非晶态磁性合金具有随机变化的交换作用，可导致居里温度的改变(大多数材料居里温度变低)，同时在无序体系中，缺陷失去原有的意义。因而非晶态磁性固体可以在较低的外磁场下达到饱和，磁损耗减小。所以，非晶态合金具有多方面用途。

    无序体系是一个复杂的新领域，非晶态固体实际上是一个亚稳态。目前对许多基本问题还存在着争论，有待进一步的探索和研究。

    新的实验条件和技术日新月异，为固体物理不断开拓出新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。

    由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。

好东西。谢谢.

固体物理学分支学科主要包括以下方面：

固体物理学、高压物理学、金属物理学、表面物理学。

稍后给大家一一做介绍。

高压物理学是研究物质在高压作用下的物理行为的一门学科。高压是一种极端条件，泛指一切高于常压的压力条件。但是有两点需作说明：一是高压物理研究往往伴随着温度的变化(高温或低温)；二是在进行这一研究时，有时也可能得到受压物质在负压下物理行为的信息。

    高压物理的研究对象多数是凝聚态物质，所以，高压物理学实际上主要是指在高压这种极端条件下的凝聚态物理学。高压物理被划为一门学科还因为高压力的产生和高压下各种物理行为的检测，都需要发展特殊精巧的专门的实验技术和方法。

高压物理学的发展简史

    最早的高压物理实验可以追溯到1762年，坎顿对水的压缩性实验。但直至19世纪末，阿马伽创建了活塞式压力计，并打下了压力计量基础以前，高压实验基本上仅限于对液体压缩性的观察。之后，塔曼利用体积随压力变化时所出现的不连续现象，以测定固体的熔点与相变点，开创了高压相变的研究。理查兹于1903年改进压缩率的测量方法，证实原子的可压缩性。

    在以上的近150年间，高压物理一直是在五千大气压以内的范围中进行的，这是高压物理的草创时期。1906年以后，布里奇曼进一步推动了高压实验技术的发展，并对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行极为广泛的系统的研究。雅各布、劳逊发展了高压下物质 X射线结构分析技术；劳逊与纳赫特里布研究了固体中原子扩散的高压效应。这样，就初步形成了以原子行为为基础的高压物理的研究内容。

    二十世纪五十年代，为合成地质上与工业上有意义的许多人工晶体，如石榴石、蓝晶石、金刚石等，又发展了新的高压实验技术。高压下的固体物理研究则开始从侧重固体的宏观热力学性质深入到研究固体中的互作用与电子运动规律等的压力效应。

    德里卡莫研究了高压固体光学性质，开辟了高压下固体的电子谱、碱金属卤化物的色心和杂质光谱、络台物与螯合物中过渡金属的离子光谱、稀土盐类光谱、有机化合物的电子谱,以及荧光衰减等的电子过程和相变动力学的高压研究。高压中子衍射、高压核磁共振、高压穆斯堡尔谱等研究也相继开展.

    与此同时，由利用炸药爆炸技术而发展起来的动态高压技术，从一般的接触爆炸技术发展到飞片技术，又研制成功了新的轻气炮技术等，使压力达到数百万大气压以上。这是高压物理较迅速发展的时期。

    到70年代，激光技术、同步辐射以及金刚石压砧高压技术的出现，推动了高压下固体喇曼散射、布里渊散射、快速 X射线结构测定等技术的发展，用于揭示固体中相互作用、运动模式、相变机制等研究。静态高压技术突破了百万大气压；动态高压技术又通过地下核爆、电炮、磁通压缩、轨道炮等新技术的发展，把压力进一步提高到数千万大气压。并且取得一批固体材料的压缩性数据。

高压下物质的物理变化

    由大量原子或分子组成的凝聚体，在高压的作用下，体积要缩小，原子或分子的间距要缩短。表示一定温度下，物质体积与压力之间的关系式称为该物质的等温状态方程。它既表征物质的重要的热力学性质，又反映组成的原子或分子在相互接近时互作用特征的变化信息，是高压物理所关心的基本问题之一。

    实验测定物质等温状态方程主要是利用静态高压技术：一两万大气压以内，借助于超声声速的测定，能得出较精准的密度体积关系；直接测量不同压力下物质的体积变化，可以获得五万大气压以下的密度体积数据；20万大气压以下，晶态物质的密度体积关系可通过点阵常数的测定取得；50万大气压以上物质的密度体积数据，目前仅能借助于动态高压技术测定。上述三种压缩特性数据可以通过理论方法互相换算。

    在压力作用下，物质的体积收缩，同时其自由能改变，这时受压物质也会发生结构形态的改变：本来是液态的物质会凝固结晶；非晶态的物质，其晶化规律可能改变；原为晶态的固体，可能发生晶体结构上的或电子结构上的变化；在很高的压力下，半导体、绝缘体乃至分子固体氢可能成为金属态等。这些现象统称为高压相变，它的变化机制与过程是高压物理研究中的一个极为丰富的探索领域。

    高压下的 X射线衍射实验、中子衍射、核磁共振、穆斯堡尔谱、喇曼散射、布里渊散射、光学制温，以及超声测量等是提供高压相变信息的有效方法。物质在高压相变时常伴随着物性的改变，因此，高压下各种物性的测量也常被用于高压相变的研究。

    考察高压力作用下凝聚体物理性质的变化特征是高压物理中另一个十分宽广的研究领域。决定凝聚体物理性质的，除组成原子的类别和晶体结构形式以外，结构缺陷、物质中原子的运动、电子的运动，以及它们彼此之间的相互作用，是导致物质具有这种或那种物理性质的重要因素。凝聚体的物理性质是在有大量原子、大量电子参与下所表现出来的集体行为，它深受外加压力的影响。

    高压下固体中的中子非弹性散射、喇曼散射、吸收光谱、荧光光谱等测量，以及固体的力学、电学、磁性、超导电性等宏观物理量的测量，是研究高压下固体物性及其集体现象的常见实验内容。

高压物理实验技术

    发展高压物理实验技术方案的新构思，是和高压物理研究紧密相连、不可分割的环节。高压物理实验技术包括高压力的产生技术与高压下各种物理测量技术，大体上分静态高压与动态高压两大类。

    静态高压的产生对不同的研究对象和选择的压力范围采取的技术各不相同，但所依据原理基本上是四个，即无支撑面密封原理，压缩封垫密封原理，大支座原理和材料强度随压力增高的效应。根据这些，解决了高压的密封问题和克服了材料有限强度的限制。

    目前静压高压达到百万大气压以上，动态高压已达数千万大气压的水平，虽然如此，在这个压力范围内受压物体中原子结构的压力效应仍不是十分显著的。

    在这样高的压力下，由于静高压研究中允许使用的试件用量极少；动高压实验中的试样和装置会彻底损坏，允许进行物理测量的时间又极短，都使得提供物理信息的实验手段受到很大的限制。所以对高压物理实验新方案的探索，也是进一步发展高压物理研究所必须考虑的一个重要问题。

    有些物质在高温高压下，通过相变形成的新结构往往能以亚稳态长期保存在常温常压下。利用这一点，可以获得新的人工合成材料。石墨在高温高压下转变成金刚石就是其中一例，人造金刚石已能大量生产，并在相当大的工业应用范围内替代了天然金刚石。

    高温高压合成的立方氮化硼具有类似金刚石的晶体结构，它的硬度仅次于金刚石，但耐热性却优于金刚石，在自然界中尚未发现天然的立方氮化硼，它非常适合于制备切削刀具。高压在探索其他类型新材料上也显得十分有用，在实验室里，数万大气压能使赤磷变成具有半导体性质的黑磷。高压下加热非晶物质能制得平常难以得到的超导亚稳合金等。

    研究材料在高压下的力学行为表明，常压下表现为脆性的材料在高压下可能有良好的塑性。这一效应使得有可能利用高压挤压技术，将某些特殊材料加工成异形截面的棒材。利用冲击高压的作用，使金属的结构发生变化，诱发各种缺陷的产生、发展和运动，可以达到特殊的加工硬化效果，这一效应也得到了实际的工业应用。

金属物理学是研究金属和合金的结构与性能关系的科学，即从电子、原子和各种晶体缺陷的运动和相互作用，来阐明金属和合金的各种宏观规律与转变过程。它既相当于金属学在微观领域内的进一步深入，也是以金属和合金为对象的固体物理学的一个分支。

    人类在生产实践中应用金属与合金材料已经有几千年的历史，但以金属与合金为对象进行认真的科学研究则起步于19世纪。当时初步研究了金属与合金的力学、电学和磁学等性质，并以金相显微镜观察了金属的显微组织，取得了对合金的凝固、固态相变及再结晶等现象的初步认识，从而建立了和生产实验密切相关的金属学这门学科。

    20世纪的初叶，X射线衍射方法的应用为金属研究开辟了新天地，使我们的认识深入到原子的水平；50年代以后，电子显微镜的使用将显微组织和晶体结构之间的空白区域填补起来了，成为研究晶体缺陷和探明金属实际结构的主要手段；而多种能谱技术对于澄清电子结构、缺陷性质和探测化学成分起了重要作用；中子的非弹性散射提供了有关点阵振动的信息。这些实验方法为金属物理的发展作出重要贡献。

    另一方面，理论物理特别是量子力学和统计物理的进展，提供了处理金属中电子结构与原子过程的理论方法，对于形成和发展金属物理这一学科也起了关键作用。

    金属的电子结构与电子性能的理论，是金属物理基础理论的重要的一环。金属具有良好的导电性能是区别于其他材料的主要标志。20年代中，索末菲提出了自由电子的量子理论，后来布洛赫等用量子力学方法处理了周期势场中的电子，奠定了单电子能带理论的基础。

    莫脱与琼斯1936年编著的《金属与合金性质的理论》是金属电子论的早期的总结，主要论述了简单金属的单电子理论，并用以解释金属的许多性能。随后金属电子论在多方面迅速发展，费密面的探测技术使金属的电子结构能够实验测定；提出了多种计算能带结构的方法，并能够较现实地计算金属的能带结构；发展了过渡金属与稀土金属的电子结构的理论，这对于理解结合能和磁性都是至为重要的；在多电子理论的基础上建立了超导微观理论，解决了长期悬而未决的疑难问题；第二类超导体的特性的阐明和约瑟夫森效应的发现，为超导体的技术应用开拓了新的领域。

    晶体缺陷的基本规律及结构敏感性能的理论解释，是金属物理基础理论的另一支柱。金属的许多重要技术性能是结构敏感的，即受到晶体缺陷的制约。从20年代起，人们对于金属单晶的范性形变开展了系统的研究；到30年代中，泰勒与伯格斯等奠定了晶体位错理论的基础；50年代中，位错得到有力的实验观测证实；随即开展了大量的研究工作，澄清了金属范性形变的微观机制和强化效应的物理本质。

    点缺陷的基础研究，澄清了扩散与辐照损伤的机制。晶粒间界结构对金属的性能特别是力学性能，有很大的影响。小角度的晶界可以归结为位错的行列与网络，现已经基本搞清楚，目前重点在于澄清大角度晶界的结构。金属某些电磁性能也具有结构敏感性，缺陷的钉扎效应对于硬超导体的临界电流和硬铁磁体的磁化曲线都有显著的影响。

    合金理论也是金属物理的重要领域之一，是开发新合金材料所需要的理论基础。20世纪初，在吉布斯的复相平衡理论的基础上建立了合金的热力学。随后对于合金相图、合金结构，及其经验规律等方面进行了广泛的研究，积累了大量的资料。从30年代以后，合金电子理论和统计理论都有所发展，对于许多问题可以提出定性或半定量的理论解释。

    金属物理的另一个重要领域就是金属与合金的相变，它和金属热处理及铸造工艺有密切关系。20年代建立了相变的成核生长的形式理论。到20世纪中叶，马氏体相变与固溶体的脱溶分解被人们关注，澄清了晶体学关系，求出了动力学规律，探讨了晶体缺陷在这些相变中的作用。

    另外还有两个新兴的研究领域，值得注意：一是关于液态和非晶态金属的研究，它是无序体系物理学的一个组成部分，促进了金属玻璃材料的开发工作；另一是金属表面的研究，它是表面物理的一个组成部分，也和吸附、氧化、催化、腐蚀及磨损等实际问题密切相关。

固体表面附近的几个原子层内具有许多异于体内的物理性质。表面物理学就是研究在超高真空下，这几个原子层内原子的排列情况、电子状态、吸附在表面上的外来原子或分子，以及在表面几个原子层内的外来杂质的电子状态和其他物理性质。表面物理学是20世纪60年代以后固体物理学中的一个重要，而且发展极为迅速的领域。

    表面物理学在实验上是通过电子束、离子束、原子束、光子、热、电场和磁场等与表面的相互作用而得到有关表面结构、表面电子态、吸附物的品种、结合的类型和成键的取向等信息。

    理想的晶体表面具有二维周期性，其单位网格由基矢决定。由于表面原子受力的情况与体内不同，或由于有外来原子的吸附，最表面层原子常会有垂直于或倾斜于表面的位移，表面下的数层原子也会有垂直或倾斜于表面的位移，这种现象称为表面再构。如果表面原子只有垂直于表面的运动，则称为表面驰豫。

    要定量地研究表面，必须获得表面所有原子的坐标信息，为此早期采用的实验方法是低能电子衍射(LEED)。把能量在5～500电子伏特范围的电子沿近于正入射的方向射向晶体表面，通过在荧光屏上观察到的衍射点，可以获得有关表面的单位网格的信息。对若干衍射斑点记录斑点强度随电子能量变化的曲线，并对实验结果用根据一定的几何构形计算的理论曲线加以拟合，从而定出原子在单位网格中的位置，这就是LEED结晶学研究表面结构的方法。

    利用这种方法，研究了许多清洁金属表面的弛豫和再构、金属表面上的吸附、半导体表面的弛豫和再构等内容。由于电子在晶体表面的多重散射增加了LEED结晶学在理论分析上的复杂性。此外，也可用中能电子衍射(HEED)和高能电子衍射(RHEED)来研究表面结构。

    表面扩展 X射线吸收精细结构是近年来发展起来的研究表面结构的另一手段。当吸附在衬底上的原子吸收 X射线后，从芯态发射的光电子可受到周围原子的散射，出射电子波与散射电子波之间有干涉作用，形成有起伏的末态。这个有起伏的末态使 X射线吸收的几率在吸收边后有振荡现象，振荡的幅度与周期包含了吸附原子的近领数，及其和周围原子所形成的键长的信息。键长确定的准确度可达±0.03埃。

    表面成分的确定是表面研究中的另一重要课题。利用原子芯态能级的位置和原子的质量这两个特征，可以确认原子的类别。在弄清表面结构和表面成分后，表面物理学就要研究面电子态和有关的物理性质了。

    光电子能谱是研究表面电子态的重要方法之一。真空紫外辐射的光子可将固体体内价态中的电子或表面态的电子激发到较高能态，通过一系列的碰撞过程，逃逸出表面，测量这些电子的能量分布曲线，可得到有关占有状态密度的信息。由于表面态电子和体内电子服从不同的选择定则，可通过测量光子能量不同的能量分布曲线，其中不随光子能量变化而移动的峰即相应于表面态的峰。

    近年来，由于同步辐射的发展，可获得能量连续可变的光源。选择不同的光子能量可使光电子具有最小的逃逸深度，从而提高表面灵敏度，如果收集在某个角度内出射的光电子谱，则可得出表面电子态中占有态的能量色散关系。

    测量总的光电子数随光子能量变化的谱称为产额谱，这个方法最早用来探测能隙中表面态的密度，当电子从占有态被激发到略高于真空能级的空态，这个电子可通过俄歇过程来激发电子，也可在经受多次碰撞后逃逸出体外。

    测量总的产额随光子能量的变化可灵敏地探测能隙中的状态。利用同步辐射，光子可将价带中的电子激发到导带或空的表面态，通过控制激发逃逸深度在5～30埃的光电子，可探测表面态。当吸收光子后，激发的芯态电子可通过俄歇过程而退激发，也可通过和价带有关的激子的直接复合，或是与表面空态的直接复合，由此而产生的快电子可再次通过电子、电子之间的相互作用，产生较慢的次级电子。

    在总的产额谱中，快的和慢的电子都被收集，通过这种模式可以研究初态和激子的影响；如果同步地改变入射光子和电子分析器的能量，得到恒定初态谱。如果进行适当的选择，使价带发射光电子的几率小，并增加芯态俄歇衰减的产额，就可以大大增强芯态到表面态的跃迁。利用光电子发射的衍射现象也可研究表面结构。

    利用电子的隧道过程也可探测表面电子态。当离子接近固体表面时，表面价态中电子可通过隧道效应和离子中和，放出的能量可用来把固体价态的电子激发到体外，利用这种过程来探测表面电子态的方法称为离子中和谱。由于只有在非常靠近表面的电子，才可能通过隧道效应与离子的空态复合，也只有在表面处激发的俄歇电子才能逸出体外，因此离子中和谱是对表面非常灵敏的探测手段。如果在中和过程中被激发的是在离子激发态的电子，这种过程称为亚稳退激谱。

    场发射显微镜就是根据冷阴极发射原理，把阴极腐蚀成半径为1～2000埃的尖端，施加负电压后电子可通过隧道效应穿透到固体表面外并打在阴极前面的荧光屏上。由于电子穿透隧道的几率与外加电场和针尖的功函数有关，因此打在荧光屏上电子的多少就是针尖材料功函数大小的复制图。通过图形的变化可以了解气体原子在针尖表面的吸附、分解和扩散等过程。

    为了提高分辨率，在场发射显微镜的基础上又发展了场离子显微镜(FIH)。把金属样品做成针尖状，然后加正电压，在针尖周围充以低压惰性气体，气体的电子可通过隧道效应进入样品费密能级以上的空态，带正电的离子被针尖场所斥，打在荧光屏上并显示出一定的图样，这个图样可提供有关表面分子电离、化学反应、分解以及蒸发的信息。在场离子显微镜的荧光屏上开一小孔，并将它与飞行时间质谱仪相结合，则构成原子探测束。

    由于表面可被看为破坏了点阵周期性的缺陷，因此表面的原子具有和体内原子不同的振动模式。当表面有分子的覆盖层，通过研究这些覆盖层的振动模式可以测定吸附分子的结构，确定分子在表面的吸附位置。

    通过观察某些振动模式的激发，可以得到吸附分子相对于衬底的取向，研究频率随覆盖度的变化，可以了解覆盖层的横向相互作用。可以用红外反射谱、高分辨电子能量损失谱和非弹性电子隧道谱来研究表面的振动。

    红外反射谱的优点是分辨率高，可在周围环境加压来模拟真正催化作用的情况，缺点是灵敏度低。高分辨电子能量损失谱具有高的灵敏度，但分辨率低。这个方法所根据的原理同前面所介绍的能量损失谱同，但是由于声子的能量只有数十毫电子伏，因此要求特殊设计的高分辨的探测器，以及高度单色性的电子枪。

    非弹性隧道谱是利用金属-绝缘体-金属(超导态)的夹心结构中的隧道过程来研究吸附在绝缘层的体系的振动谱，可由此决定吸附分子的分子结构，确定吸附分子的表面浓度、吸附物的取向、吸附物之间的相互作用等。

    除去用各种实验手段来研究表面外，理论研究也是表面物理的一个重要方面。主要的目的是能尽量弄清表面附近电子的行为，并与实验得到的结果比较，最理想的情况是通过总能量的计算和求能量最小值来确定表面原子的位置，但在计算过程中主要遇到的困难是表面附近电荷分布与原子的位置与体内不同，因此势场也和体内情况不同。

    由于势场和电荷的相互关系，必须用复杂的自治的计算。目前多采用类似传统能带计算法而建立的薄片模型或用量子化学中惯用的分子集团模型。后者用有限的原子数来模拟半无限大的晶体，利用这种方法可以比较容易地计算集团的总能量，对具有不同几何构形的原子所组成的集团计算总能量后，从与总能量最小值相对应的构形可给出有关的物理性质，例如原子在表面的吸附位置、键长等。在薄片模型中可用紧束缚法、赝势法、缀加平面波的线性组合等。

    近年来趋向于发展通过自治计算求总能量的途径。通过比较光电子发射谱和根据一定模型计算的电子结构，是确认表面结构的一种可能的途径。对于金属，功函数的计算可用来检验自治表面势的准确程度。表面能计算结果的好坏取决于如何计入电子与电子之间的相互作用，这些都仍在深入研究中。

    由于催化作用，金属的腐蚀都是发生于表面的过程，随着大规模集成电路的发展，特别是集成度的增加，表面起的作用也愈大，因此表面物理是一门具有很强应用背景的学科，目前正方兴末艾，受到普遍的重视。

还有其它因化物理学的知识吗？

物理这个东西难不难？？我一直在搞化学！物理有点欠缺啊！

原来是个物理学史，还可以。

物理是理科的基础，应该多了解点！