固體物理學(xué)是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀(guān)結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學(xué)。它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科。
.固體通常指在承受切應(yīng)力時(shí)具有一定程度剛性的物質(zhì)，包括晶體和非晶態(tài)固體。簡(jiǎn)單地說(shuō)，固體物理學(xué)的基本問(wèn)題有：固體是由什么原子組成？它們是怎樣排列和結(jié)合的？這種結(jié)構(gòu)是如何形成的？在特定的固體中，電子和原子取什么樣的具體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)？它的宏觀(guān)性質(zhì)和內(nèi)部的微觀(guān)運(yùn)動(dòng)形態(tài)有什么聯(lián)系？各種固體有哪些可能的應(yīng)用？探索設(shè)計(jì)和制備新的固體，研究其特性，開(kāi)發(fā)其應(yīng)用。
.在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，人們研究的固體主要是晶體。早在18世紀(jì)，阿維對(duì)晶體外部的幾何規(guī)則性就有一定的認(rèn)識(shí)。后來(lái)，布喇格在1850年導(dǎo)出14種點(diǎn)陣。費(fèi)奧多羅夫在1890年、熊夫利在1891年、巴洛在1895年，各自建立了晶體對(duì)稱(chēng)性的群理論。這為固體的理論發(fā)展找到了基本的數(shù)學(xué)工具，影響深遠(yuǎn)。
.1912年勞厄等發(fā)現(xiàn) X射線(xiàn)通過(guò)晶體的衍射現(xiàn)象，證實(shí)了晶體內(nèi)部原子周期性排列的結(jié)構(gòu)。加上后來(lái)布喇格父子1913年的工作，建立了晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。對(duì)于磁有序結(jié)構(gòu)的晶體，增加了自旋磁矩有序排列的對(duì)稱(chēng)性，直到20世紀(jì)50年代舒布尼科夫才建立了磁有序晶體的對(duì)稱(chēng)群理論。
.第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展的中子衍射技術(shù)，是磁性晶體結(jié)構(gòu)分析的重要手段。70年代出現(xiàn)了高分辨電子顯微鏡點(diǎn)陣成像技術(shù)，在于晶體結(jié)構(gòu)的觀(guān)察方面有所進(jìn)步。60年代起，人們開(kāi)始研究在超高真空條件下晶體解理后表面的原子結(jié)構(gòu)。20年代末發(fā)現(xiàn)的低能電子衍射技術(shù)在60年代經(jīng)過(guò)改善，成為研究晶體表面的有力工具。近年來(lái)發(fā)展的掃描隧道顯微鏡，可以相當(dāng)高的分辨率探測(cè)表面的原子結(jié)構(gòu)。
.晶體的結(jié)構(gòu)以及它的物理、化學(xué)性質(zhì)同晶體結(jié)合的基本形式有密切關(guān)系。通常晶體結(jié)合的基本形式可分成：高子鍵合、金屬鍵合、共價(jià)鍵合、分子鍵合(范德瓦耳斯鍵合)和氫鍵合。根據(jù) X射線(xiàn)衍射強(qiáng)度分析和晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)，或者依據(jù)晶體價(jià)電子的局域密度分布的自洽理論計(jì)算，人們可以準(zhǔn)確地判定該晶體具有何種鍵合形式。
.固體中電子的狀態(tài)和行為是了解固體的物理、化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)。維德曼和夫蘭茲于1853年由實(shí)驗(yàn)確定了金屬導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)定律；洛倫茲在1905年建立了自由電子的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論，能夠解釋上述經(jīng)驗(yàn)定律，但無(wú)法說(shuō)明常溫下金屬電子氣對(duì)比熱容貢獻(xiàn)甚小的原因；泡利在1927年首先用量子統(tǒng)計(jì)成功地計(jì)算了自由電子氣的順磁性，索末菲在1928年用量子統(tǒng)計(jì)求得電子氣的比熱容和輸運(yùn)現(xiàn)象，解決了經(jīng)典理論的困難。
布洛赫和布里淵分別從不同角度研究了周期場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的基本特點(diǎn)，為固體電子的能帶理論奠定了基礎(chǔ)。電子的本征能量，是在一定能量范圍內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)的能級(jí)組成的能帶。相鄰兩個(gè)能帶之間的能量范圍是完整晶體中電子不許可具有的能量，稱(chēng)為禁帶。利用能帶的特征以及泡利不相容原理，威耳遜在1931年提出金屬和絕緣體相區(qū)別的能帶模型，并預(yù)言介于兩者之間存在半導(dǎo)體，為爾后的半導(dǎo)體的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
.貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家對(duì)晶體的能帶進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)研究，同時(shí)掌握了高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)和摻雜技術(shù)，導(dǎo)致巴丁、布喇頓以及肖克萊于1947～1948年發(fā)明晶體管。
.固體中每立方厘米內(nèi)有1022個(gè)粒子，它們靠電磁互作用聯(lián)系起來(lái)。因此，固體物理學(xué)所面對(duì)的實(shí)際上是多體問(wèn)題。在固體中，粒子之間種種各具特點(diǎn)的耦合方式，導(dǎo)致粒子具有特定的集體運(yùn)動(dòng)形式和個(gè)體運(yùn)動(dòng)形式，造成不同的固體有千差萬(wàn)別的物理性質(zhì)。
.漢密爾頓在1839年討論了排成陣列的質(zhì)點(diǎn)系的微振動(dòng)；1907年，愛(ài)因斯坦首先用量子論處理固體中原子的振動(dòng)。他的模型很簡(jiǎn)單，各個(gè)原子獨(dú)立地作同一頻率的振動(dòng)；德拜在1912年采用連續(xù)介質(zhì)模型重新討論了這問(wèn)題，得到固體低溫比熱容的正確的溫度關(guān)系；玻恩和卡門(mén)同時(shí)開(kāi)始建立點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，在原子間的力是簡(jiǎn)諧力的情況下，晶體原子振動(dòng)形成各種模式的點(diǎn)陣波，這種波的能量量子稱(chēng)為聲子。它對(duì)固體的比熱容、熱導(dǎo)、電導(dǎo)、光學(xué)性質(zhì)等都起重要作用。
.派尼斯和玻姆在1953年提出：由于庫(kù)侖作用的長(zhǎng)程性質(zhì)，固體中電子氣的密度起伏形成縱向振蕩，稱(chēng)為等離子體振蕩。這種振蕩的能量量子稱(chēng)為等離激元。實(shí)驗(yàn)證明，電子束通過(guò)金屬薄膜的能量損耗來(lái)源于激發(fā)電子氣的等離激元�？紤]到電子間的互作用，能帶理論的單電子狀態(tài)變成準(zhǔn)電子狀態(tài)，但準(zhǔn)電子的有效質(zhì)量包含了多粒子相互作用的效應(yīng)。同樣，空穴也變成準(zhǔn)粒子。在半導(dǎo)體中電子和空穴之間有屏蔽的庫(kù)侖吸引作用，它們結(jié)合成激子，這是一種復(fù)合的準(zhǔn)粒子。