納電子學(xué)基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

本書(shū)由美國(guó)威斯康星大學(xué)George W.Haanson教授編著，是一本較好的納電子學(xué)方面的基礎(chǔ)讀物。本書(shū)從納電子學(xué)的兩大基礎(chǔ)——量子力學(xué)和固體物理學(xué)入手，分析了量子阱、量子線、量子點(diǎn)、碳納米管等納米材料的電子結(jié)構(gòu)，深入討論了納電子器件的兩個(gè)基本概念——單電子現(xiàn)象和電導(dǎo)量子化，并介紹了納電子學(xué)兩個(gè)前沿課題——分子電子學(xué)和自旋電子學(xué)。本書(shū)的突出特點(diǎn)是內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要，論述條理清楚，既系統(tǒng)簡(jiǎn)述了作為納電子學(xué)核心的原理和現(xiàn)象，也涵蓋了必要的基礎(chǔ)物理知識(shí)。    本書(shū)適合作為高年級(jí)本科生和低年級(jí)研究生系統(tǒng)學(xué)習(xí)納電子學(xué)的基礎(chǔ)教材，也可作為剛剛步入這一領(lǐng)域的研究人員的入門(mén)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第一部分 納米尺度物理掌基礎(chǔ)  第1章 納電子學(xué)簡(jiǎn)介    1.1 “自上而下”路線      1.1.1 光刻（曝光）    1.2 “自下而上”路線    1.3 為什么學(xué)習(xí)納電子學(xué)    1.4 納米技術(shù)的潛力    1.5 本章要點(diǎn)    1.6 練習(xí)題  第2章 經(jīng)典粒子、經(jīng)典波和量子粒子    2.1 經(jīng)典系統(tǒng)和量子系統(tǒng)的比較    2.2 量子力學(xué)的起源    2.3 光的波動(dòng)性和光的粒子性      2.3.1 早期的認(rèn)識(shí)：光是粒子或者可能是波      2.3.2 稍后的認(rèn)識(shí)：光是波      2.3.3 最終，光是量子粒子    2.4 電子的粒子性與波動(dòng)性      2.4.1 早期的認(rèn)識(shí)：電子是粒子      2.4.2 晚一些時(shí)候：電子（和其他所有東西）是量子粒子      2.4.3 量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展    2.5 波包與不確定性    2.6 本章要點(diǎn)    2.7 練習(xí)題  第3章 電子的量子力學(xué)    3.1 量子力學(xué)的基本假設(shè)      3.1.1 算符      3.1.2 本征值和本征函數(shù)      3.1.3 厄米算符      3.1.4 量子力學(xué)中的算符      3.1.5 測(cè)量概率    3.2 不含時(shí)薛定諤方程      3.2.1 波函數(shù)的邊界條件    3.3 量子力學(xué)和經(jīng)典電磁理論之間的類比    3.4 概率流密度    3.5 多粒子系統(tǒng)    3.6 自旋和角動(dòng)量    3.7 本章要點(diǎn)    3.8 練習(xí)題-  第4章 自由電子和受束縛電子    4.1 自由電子      4.1.1 一維空間      4.1.2 三維空間    4.2 金屬的自由電子氣理論    4.3 限制在有限空間區(qū)域中的電子和量子數(shù)      4.3.1 一維空間      4.3.2 三維空間      4.3.3 周期性邊界條件    4.4 費(fèi)米能級(jí)和化學(xué)勢(shì)    4.5 部分受限電子——有限勢(shì)阱      4.5.1 有限矩形勢(shì)阱      4.5.2 拋物線形勢(shì)阱——諧振子      4.5.3 三角形勢(shì)阱    4.6 限制在原子中的電子——?dú)湓雍椭芷诒?     4.6.1 氫原子和量子數(shù)      4.6.2 氫原子之后——多電子原子和周期表    4.7 量子點(diǎn)、量子線和量子阱      4.7.1 量子阱      4.7.2 量子線      4.7.3 量子點(diǎn)    4.8 本章要點(diǎn)    4.9 練習(xí)題  第5章 周期勢(shì)中的電子——固體能帶論    5.1 晶體材料    5.2 周期勢(shì)中的電子    5.3 能帶結(jié)構(gòu)的克勒尼希一彭尼模型      5.3.1 有效質(zhì)量    5.4 固體能帶論      5.4.1 半導(dǎo)體中的摻雜      5.4.2 相互作用系統(tǒng)模型    ……第二部分 單電子和少電子的現(xiàn)象與器件  第6章 隧道結(jié)與隧穿的應(yīng)用  第7章 庫(kù)侖阻塞與單電子三級(jí)管第三部分 多電子現(xiàn)象  第8章 粒子統(tǒng)計(jì)和態(tài)密度  第9章 半導(dǎo)體量子陷、量子線和量子點(diǎn)模型  第10章 納米線、彈道輸運(yùn)和自旋輸運(yùn)附錄A 符號(hào)和縮略語(yǔ)附錄B 材料的物理性質(zhì)附錄C 傳統(tǒng)MOSFET附錄D 練習(xí)題解答參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一部分 納米尺度物理掌基礎(chǔ)　　第2章 經(jīng)典粒子、經(jīng)典波和量子粒子　　2.2 量子力學(xué)的起源　　關(guān)于量子理論的發(fā)展過(guò)程已經(jīng)有很多精細(xì)的記述，這要部分感謝量子理論實(shí)際上是在距今比較近的20世紀(jì)初期形成的。簡(jiǎn)要地說(shuō)，量子力學(xué)的形成源于19世紀(jì)末和20世紀(jì)初的一些無(wú)法用經(jīng)典物理解釋的實(shí)驗(yàn)。在這一章里，我們不會(huì)詳細(xì)地論述量子理論的發(fā)展過(guò)程，不過(guò)我們將敘述幾個(gè)導(dǎo)致量子理論形成的基本實(shí)驗(yàn)，特別是那些表明光和電子（實(shí)際上是所有物體）具有波粒二象性的實(shí)驗(yàn)。理解電子的波動(dòng)性．即電子不是微小、堅(jiān)硬和帶電的小球，而是（也許不嚴(yán)格）局域化的能量束，對(duì)于理解納電子學(xué)的基本原理是絕對(duì)必要的?！　×孔永碚撔纬傻年P(guān)鍵在于19世紀(jì)90年代的一些實(shí)驗(yàn)，它們表明金屬的比熱和熱的黑體輻射不能用經(jīng)典熱力學(xué)來(lái)解釋。另外，在1887年赫茲（Heinrich Hertz）觀測(cè)到后來(lái)被稱為光電效應(yīng)的現(xiàn)象。簡(jiǎn)要地說(shuō)，如果光照到金屬上，光攜帶的一部分能量可以傳遞給金屬表面的電子，后者可能會(huì)具有足夠的能量從金屬中逃逸出來(lái)。經(jīng)典電磁理論（在當(dāng)時(shí)是一個(gè)相對(duì)比較新的學(xué)科)認(rèn)為光是電磁波，而電磁波攜帶的能量只取決于它的振幅(或者說(shuō)強(qiáng)度），與頻率無(wú)關(guān)。因此，如果光確實(shí)是一種波動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該顯示光照激發(fā)的電子的能量隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)而變大。然而菲利普·雷納德（Philipp Lenard）1902年的實(shí)驗(yàn)表明情況不是這樣。盡管隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)更多的電子發(fā)射出來(lái)，但是每個(gè)發(fā)射電子的動(dòng)能并沒(méi)有改變。而當(dāng)光的頻率增加（也就是波長(zhǎng)變短）時(shí)，能量更高的電子從金屬表面發(fā)射出來(lái)。因此，發(fā)射電子的能量正比于入射光的頻率而不是光的振幅。　　此外，如果光是波，在金屬開(kāi)始被照射到開(kāi)始有電子發(fā)射之間會(huì)有一個(gè)時(shí)間間隔，因?yàn)椴ㄊ沁B續(xù)地傳遞能量給電子，應(yīng)該需要一定的時(shí)問(wèn)來(lái)積累足夠的能量從而允許電子的逃逸。然而情況并非如此，有時(shí)金屬剛剛被光照射就有電子的發(fā)射。顯然經(jīng)典物理在處理這一相互作用時(shí)存在一些問(wèn)題。

編輯推薦

　　本書(shū)適合作為高年級(jí)本科生和低年級(jí)研究生系統(tǒng)學(xué)習(xí)納電子學(xué)的基礎(chǔ)教材，也可作為剛剛步入這一領(lǐng)域的研究人員的入門(mén)參考書(shū)。

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