凝聚態(tài)物理專題

前言

　　凝聚態(tài)物理學(xué)，是當(dāng)今物理學(xué)最龐大和最重要的分支之一。它由固體物理學(xué)演變而來，業(yè)已成為物理學(xué)最活躍的前沿領(lǐng)域。凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，伴隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和理論概念的不斷提升，越來越多地融入到了化學(xué)、生物、材料、信息等學(xué)科領(lǐng)域，促進(jìn)了學(xué)科的交叉融合，加快了人類文明進(jìn)化的進(jìn)程。　　凝聚態(tài)物理學(xué)的研究對象是復(fù)雜的，研究過程是艱辛的，但也是充滿魅力和激動(dòng)人心的。在其領(lǐng)域內(nèi)誕生的很多基礎(chǔ)研究成果，為現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)和生活的方方面面帶來了巨大的影響與沖擊，如：高溫超導(dǎo)材料與超導(dǎo)機(jī)理的研究，盡管已經(jīng)存在的BCS理論、共價(jià)鍵理論、雙極子機(jī)制和激子理論等尚未得到統(tǒng)一認(rèn)識，但并不影響和阻止其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活，目前超導(dǎo)體的零電阻轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)達(dá)到上百開（K），實(shí)用化的項(xiàng)目業(yè)已開展；納米技術(shù)自20世紀(jì)90年代興起，已發(fā)展為涵蓋納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米機(jī)械學(xué)等領(lǐng)域的研究體系，人們通過對如量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)、電子反常輸運(yùn)及庫侖阻塞等現(xiàn)象的研究，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可應(yīng)用于新一代計(jì)算機(jī)的超微結(jié)構(gòu)量子器件與電路，極大地提升和拓展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力；此外，還包括DNA生物鏈結(jié)構(gòu)、納米碳管器件、聲子晶體、光子晶體等方面?？梢哉f，凝聚態(tài)物理學(xué)為促進(jìn)人類科技進(jìn)步和提升人民生活水平發(fā)揮了巨大的作用。

內(nèi)容概要

　　凝聚態(tài)物理學(xué)，是當(dāng)今物理學(xué)最龐大和最重要的分支之一。它由固體物理學(xué)演變而來，業(yè)已成為物理學(xué)最活躍的前沿領(lǐng)域。凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，伴隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和理論概念的不斷提升，越來越多地融入到了化學(xué)、生物、材料、信息等學(xué)科領(lǐng)域，促進(jìn)了學(xué)科的交叉融合，加快了人類文明進(jìn)化的進(jìn)程。

書籍目錄

第1章 計(jì)算材料學(xué)1．1 凝聚態(tài)物理與材料計(jì)算1．1．1 凝聚態(tài)物理理論與應(yīng)用概述1．1．2 材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1．1．3 計(jì)算機(jī)與材料設(shè)計(jì)學(xué)1．2 經(jīng)典的材料計(jì)算方法1．2．1 材料計(jì)算的主要方法和應(yīng)用范圍1．2．2 微觀領(lǐng)域三種主要的計(jì)算方法1．3 計(jì)算科學(xué)在材料學(xué)中的應(yīng)用1．3．1 半導(dǎo)體超晶格1．3．2 團(tuán)簇體系1．3．3 金屬中的缺陷1．3．4 金屬化合物摻雜1．3．5 超硬材料礦1．4 第一性原理的相圖熱力學(xué)計(jì)算應(yīng)用1．4．1 相圖計(jì)算的發(fā)展概述1．4．2 相圖計(jì)算及常用相模型1．4．3 第一性原理計(jì)算相圖熱力學(xué)初探參考文獻(xiàn)第2章 無序系統(tǒng)電子輸運(yùn)2．1 無序系統(tǒng)的分類2．2 無序系統(tǒng)模型2．2．1 無序系統(tǒng)的哈密頓量2．2．2 Anderson模型2．2．3 Nott模型2．2．4 納米材料無序模型2．2．5 DNA分子無序模型2．2．6 無序格點(diǎn)振動(dòng)模型2．3 無序系統(tǒng)的處理方法2．3．1 負(fù)本征值理論2．3．2 無序階微擾理論及本征矢的計(jì)算2．3．3 多對角全隨機(jī)厄米矩陣本征問題求解2．3．4 雁式矩陣本征問題求解2．3．5 轉(zhuǎn)移矩陣方法2．4 無序系統(tǒng)電子局域態(tài)和振動(dòng)局域模2．4．1 電子態(tài)密度2．4．2 無序系統(tǒng)電子波函數(shù)局域態(tài)2．4．3 無序系統(tǒng)電子波函數(shù)局域長度2．4．4 局域態(tài)和擴(kuò)展態(tài)的轉(zhuǎn)變2．4．5 準(zhǔn)一維無序系統(tǒng)電子態(tài)2．4．6 無序系統(tǒng)格點(diǎn)振動(dòng)局域模2．5 無序系統(tǒng)中的電子輸運(yùn)2．5．1 無序體系電子輸運(yùn)研究進(jìn)展2．5．2 無序體系電導(dǎo)模型2．5．3 無序體系電子跳躍輸運(yùn)電導(dǎo)公式2．6 納米材料中的電子輸運(yùn)特性2．6．1 納米材料結(jié)構(gòu)與電子輸運(yùn)特性的關(guān)系2．6．2 納米材料電子輸運(yùn)與溫度的關(guān)系2．7 DNA分子中的電子輸運(yùn)2．7．1 DNA分子電導(dǎo)特性2．7．2 DNA分子器件的應(yīng)用參考文獻(xiàn)第3章 超導(dǎo)電性3．1 超導(dǎo)電性的基本現(xiàn)象和性質(zhì)3．1．1 基本的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3．1．2 超導(dǎo)電性的其他性質(zhì)3．1．3 兩類超導(dǎo)體3．2 傳統(tǒng)超導(dǎo)體的唯象模型3．2．1 二流體模型3．2．2 倫敦方程3．2．3 金茲堡一朗道理論3．2．4 磁通量子化3．3 BCS理論3．3．1 電子一電子有效吸引作用3．3．2 庫柏對3．3．3 BCS理論的結(jié)論3．3．4 微觀理論與持續(xù)電流3．4 超導(dǎo)隧道效應(yīng)3．4．1 超導(dǎo)體和正常金屬之間的隧道效應(yīng)3．4．2 兩個(gè)相同超導(dǎo)體問的隧道效應(yīng)3．4．3 約瑟夫森效應(yīng)3．4．4 超導(dǎo)量子干涉器3．5 高T氧化物超導(dǎo)體3．5．1 高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)3．5．2 高溫超導(dǎo)體的特征3．5．3 幾種氧化物超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)3．5．4 超導(dǎo)態(tài)的性質(zhì)3．6 幾個(gè)高溫超導(dǎo)機(jī)制模型3．6．1 極化子一雙極化子模型3．5．2 以費(fèi)米液體理論為基礎(chǔ)的超導(dǎo)機(jī)制3．5．3 吸引Hubbard模型參考文獻(xiàn)第4章 物質(zhì)的磁性4．1 原子的磁矩4．1．1 電子的軌道磁矩4．1．2 電子的自旋磁矩4．1．3 多電子原子的磁矩4．1．4 原子核的磁矩4．2 物質(zhì)的磁性4．2．1 抗磁性物質(zhì)4．2．2 順磁性物質(zhì)4．2．3 鐵磁性物質(zhì)4．2．4 反鐵磁性物質(zhì)4．2．5 亞鐵磁性物質(zhì)4．2．6 非共線性磁結(jié)構(gòu)4．3 磁有序物質(zhì)的局域電子理論4．3．1 海森堡交換相互作用理論4．3．2 間接交換相互作用理論4．3．3 RKKY交換作用理論4．4 磁有序的巡游電子理論4．4．1 斯托納模型4．4．2 哈特利一福克一斯托納理論參考文獻(xiàn)第5章 聲子晶體5．1 引論5．1．1 聲子晶體概念5．1．2 聲子晶體研究概況5．1．3 聲子晶體研究意義5．2 彈性波理論5．3 聲子晶體帶隙分析方法5．3．1 常用方法簡介5．3．2 平面波展開法5．3．3 雙組元復(fù)合介質(zhì)5．3．4 兩種類型的聲子晶體5．3．5 常見的晶體排列5．3．6 二維聲子晶體帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算實(shí)例5．4 聲子晶體缺陷結(jié)構(gòu)分析5．4．1 F面波超元胞法5．4．2 點(diǎn)缺陷5．4．3 線缺陷5．4．4 無序結(jié)構(gòu)5．5 局域共振聲子晶體5．5．1 局域共振機(jī)制提出的背景5．5．2 局域共振機(jī)制5．5．3 組合寬帶隙結(jié)構(gòu)5．6 聲子晶體的制備與性能測試5．6．1 聲子晶體的制備5．6．2 聲子晶體性能測試參考文獻(xiàn)第6章 光子晶體6．1 基本概念6．2 光子晶體的物理特征6．3 光子晶體的理論與分析方法6．3．1 平面波方法(PWM)6．3．2 差分或有限差分法6．3．3 轉(zhuǎn)移矩陣方法6．3．4 N階(OrderN)法6．3．5 散射矩陣法6．3．6 一維光子晶體中的光子帶隙討論6．3．7 一維光子晶體透、反射系數(shù)的傳輸矩陣方法計(jì)算6．4 光子晶體的制備6．4．1 一維光子晶體的制作6．4．2 二維光子晶體的制作6．4．3 三維光子晶體的制作6．5 光子晶體的應(yīng)用6．5．1 光波控制光學(xué)元件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用6．5．2 發(fā)光器件中的應(yīng)用6．5．3 非線性光子晶體器件6．6 展望參考文獻(xiàn)第7章 半導(dǎo)體微電子器件原理與工藝第8章 有機(jī)電致發(fā)光器件原理與制備第9章 納電子原型器件特性與模擬	第10章 功能薄膜材料

章節(jié)摘錄

　　縱觀凝聚態(tài)物理學(xué)的基本理論，如固體能帶理論、點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)理論、對稱破缺的相變理論、缺陷理論等，都非常有效。它們解釋和指導(dǎo)了材料的生產(chǎn)，如：說明了銅、鋁等金屬的導(dǎo)電性；鍺、硅及砷化鎵等材料的半導(dǎo)體性質(zhì)；鐵、鈷、鎳及一些稀土金屬的鐵磁性；錫、鈮等金屬與合金的超導(dǎo)電性；鈦酸鋇、鈮酸鋰、磷酸二氘鉀等晶體的鐵電性?？梢哉f，現(xiàn)代科學(xué)研究，尤其是材料研發(fā)越來越依賴于物理理論的發(fā)展和指導(dǎo)，即在理論研究的方向指引下，有目的地研制和開發(fā)新型材料，如半導(dǎo)體及超晶格、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系、納米材料和有機(jī)聚合物材料等?！　⌒枰f明的是，下面的幾類材料雖然在材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景，也具有深刻的傳統(tǒng)材料學(xué)基礎(chǔ)理論背景；但在其發(fā)展過程中，其物理意義更加明晰，或者說理論指導(dǎo)背景更加深刻和濃厚，從而可以更加清晰地看出物理學(xué)，尤其是近代凝聚態(tài)物理的發(fā)展，對新型材料的研究開發(fā)具有決定性的作用?！　。?）半導(dǎo)體及超晶格　　從凝聚態(tài)物理理論的發(fā)展來看，其在現(xiàn)代半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用。1958年江琦等發(fā)現(xiàn)了夾層超結(jié)構(gòu)中的隧穿電流（進(jìn)而發(fā)明了隧道二極管）；1960年，I．Giever發(fā)現(xiàn)正常金屬一絕緣層一超導(dǎo)體的隧道效應(yīng)；1962年，約瑟夫森從理論上預(yù)言了超導(dǎo)體一絕緣層一超導(dǎo)體中電子對的隧道效應(yīng)，即約瑟夫森效應(yīng)；1980年，我國學(xué)者就利用鈮酸鋰規(guī)則的疇結(jié)構(gòu)來取得激光倍頻增強(qiáng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了非線性光學(xué)晶體的準(zhǔn)位相匹配，使得半導(dǎo)體在高頻超聲換能、電光效應(yīng)等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用?！　】梢哉f，隧道效應(yīng)、激光倍頻增強(qiáng)效應(yīng)等凝聚態(tài)物理理論的研究，為后來的半導(dǎo)體電子學(xué)和超導(dǎo)電子學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，表明了半導(dǎo)體材料正在從20世紀(jì)50年代塊體材料向薄膜材料的過渡，轉(zhuǎn)變?yōu)橄蜩F電、壓電材料和非線性光學(xué)材料過渡。

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