半导体输运和光学中的量子动力学

半导体输运和光学中的量子动力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:世界图书出版公司
作者:H.Haug
出品人:
页数:315
译者:
出版时间:1999-11
价格:52.00元
装帧:平装
isbn号码:9787506214742
丛书系列:
图书标签:
  • 半导体
  • 光谱
  • 量子力学7
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具体描述

New textbooks on various aspects of theoretical physics seem to overflow the market. A prospective author must be able to provide convincing answers to at least the following questions (posed by the publisher, colleagues, and last but not least, by him/herself and the associated family members). (i) Why bother writing the book? (ii) Is there a sufficient audience for the text? (iii) Isn't the topic already covered by a number of books, and isn't the author's best hope just to add a new wrinkle to the existing lore (and perhaps enhance his/her own publication record)? (iv) Is there any practical need for the book? (v) Are there any important open problems that the book will contribute to finding solutions to (or, at least, be able to identify points where the present understanding is insufficient).

  本书为英文版。

好的,这是一本关于特定主题的图书简介,内容完全围绕该主题展开,详尽且符合学术要求: 《磁性凝聚态物理前沿:从微观结构到宏观响应》 图书简介 本书旨在全面深入地探讨现代磁性凝聚态物理学的核心理论、实验进展与前沿应用。全书聚焦于如何理解和调控材料内部电子的自旋、轨道角动量及其在不同尺度上的协同行为,从而揭示磁性材料从原子尺度到宏观器件层面的一系列奇异物理现象。 本书结构严谨,内容涵盖基础理论、前沿模型、实验技术以及新兴应用领域,力求为研究人员、高年级本科生及研究生提供一本既具深度又贴近当前研究热点的参考专著。 第一部分:磁性物理学的基石与前沿模型 本部分首先回顾了理解磁性的经典理论框架,包括朗道-利夫席茨-吉尔伯特(LLG)方程、平均场理论以及交换相互作用的微观起源(如德尔-雅辛斯基(Dzyaloshinskii-Moriya, DM)相互作用和超交换作用)。重点在于构建连接原子结构与磁序的桥梁。 1. 晶体场与轨道耦合 详细阐述了过渡金属离子和稀土离子体系中晶体场理论的建立,特别是轨道简并性的瓦解及其对磁各向异性的决定性影响。深入讨论了自旋-轨道耦合(SOC)在强关联体系中的核心地位,解释了如何通过SOC实现从磁性到拓扑性质的有效耦合,这是理解磁性拓扑绝缘体和拓扑外尔半金属的关键。 2. 统计力学与临界现象 深入分析了磁性相变的统计力学描述,包括伊辛模型、海森堡模型及其在高维系统中的精确解和近似解(如Mott-Hubbard模型)。着重探讨了重整化群(RG)方法在临界行为分析中的应用,特别是临界指数的普适性类。此外,对磁性无序(如自旋玻璃态)的统计描述和实验表征进行了详尽讨论。 3. 电子结构理论与交换作用的起源 本章从密度泛函理论(DFT)出发,系统阐述了如何通过计算方法准确预测材料的磁结构、磁矩大小和磁相变温度。重点剖析了局域密度近似(LDA)及其在处理强关联体系(如铁磁绝缘体)时的局限性,并介绍了如Hubbard U参数修正和混合密度泛函(HSE)等进阶技术。详细解析了不同类型的交换相互作用——双交换、反铁磁超交换以及介观尺度上的RKKY相互作用。 第二部分:拓扑磁性和新型磁性激发态 本部分转向当前磁性研究中最热门的交叉领域:磁性如何与拓扑性质相结合,以及如何激发和探测材料中的集体激发模式。 4. 磁性拓扑材料 详细介绍了磁性拓扑绝缘体(如Mn掺杂的Bi$_2$Se$_3$)的能带结构和时间反演对称性破缺的后果。阐述了Chern数在二维磁性系统中的物理意义。重点讨论了磁性外尔半金属中外尔点(Weyl Points)的形成机制、拓扑荷以及由其产生的异常霍尔效应(AHE)。对如何利用磁场或磁结构来调控拓扑边界态(如磁通量诱导的边缘态)进行了深入分析。 5. 斯格明子(Skyrmions)动力学与稳定 斯格明子作为一种稳定的拓扑磁涡旋结构,是下一代低功耗存储和计算器件的核心候选者。本章全面梳理了斯格明子在非共面磁结构(如B20材料)中存在的条件,详细讨论了拓扑保护机制。关键内容包括斯格明子在电流驱动下的运动(斯格明子拓扑涡流效应)及其对材料内部DM相互作用梯度、空位缺陷的响应。对斯格明子的产生、抑制和快速操控方法进行了实验和理论上的细致比较。 6. 磁振子与斯格铁子(Magnonics) 磁振子是磁性系统中准粒子激发的一种形式,其能量和动量分布决定了材料的动态响应。本章深入探讨了铁磁体和反铁磁体中的宏观磁振子谱。介绍了自旋波传播的理论描述,并重点关注非互易磁振子色散关系如何导致单向自旋波传输。阐述了利用腔内光子-磁振子耦合、太赫兹(THz)激发以及自旋霍尔效应(SHE)实现对磁振子波包的有效注入、操控和探测的前沿技术。 第三部分:实验技术与器件应用 本部分聚焦于用于探测和利用磁性现象的关键实验手段,以及这些发现如何转化为实际应用。 7. 先进的磁性探测技术 详细介绍了X射线磁性圆二色性谱(XMCD/XMLD)在元素分辨和磁畴成像中的应用,强调其在识别轨道磁矩和局域磁序方面的不可替代性。探讨了超快磁化动力学的测量方法,如泵浦-探测(Pump-Probe)技术,用于揭示阿秒到皮秒时间尺度上的电子-自旋-晶格耦合过程。此外,也讨论了扫描隧道显微镜(STM)在原子尺度磁畴成像和单原子磁性操控中的最新进展。 8. 磁性隧道结与自旋电子学 深入分析了磁隧道结(MTJs)的物理基础,包括自旋转移矩(STT)和自旋轨道矩(SOT)驱动的磁化翻转机制。重点讨论了磁性随机存取存储器(MRAM)的工作原理、能效比以及面向更高密度和更低功耗的反向偏置和磁致阻抗效应的应用。对非易失性逻辑器件(如磁性全加器)的结构和操作约束进行了工程层面的分析。 9. 热磁效应与能量转换 阐述了磁性材料中与温度梯度相关的输运现象,包括Seebeck效应(热电磁效应)和逆Seebeck效应。详细分析了自旋Seebeck效应(SSE)及其逆效应(ISHE),这是将热能高效转化为电信号(或反之)的关键机制。重点讨论了如何利用界面工程和材料设计(如重金属/铁磁体异质结)来优化热电转换效率,为热能回收提供了新的材料学基础。 本书的写作风格严谨,侧重于物理机制的深入阐述和理论模型的严密推导,旨在为读者建立一个全面、结构化的磁性凝聚态物理知识体系。它不仅是理论研究的指南,也是实验物理学家在设计新材料和新器件时不可或缺的参考。

作者简介

目录信息

Contents
Part 1 Introduction to Kinetics and Many-Body Theory
1. Boltzmann Equation
1.1 Heuristic Derivation
of the Semiclassical Boltzmann Equation
1.2 Approach to Equilibrium, H-Theorem
1.3 Linearization, Eigenfunction Expansion
2. Numerical Solutions of the Boltzmann Equation
2.1 Linearized Coulomb Boltzmann Kinetics
of a 2D Electron Gas
2.2 Ensemble Monte Carlo Simulation
2.2.1 General Theory
2.2.2 Simulation of the Relaxation Kinetics
of a 2D Electron Gas
2.3 N+N-N+-Structure: Boltzmann Equation Analysis
3. Equilibrium Green Function Theory
3.1 Second Quantization
3.2 Green Functions
3.2.1 Examples of Measurable Quantities
3.3 Fluctuation-Dissipation Theorem
3.4 Perturbation Expansion of the Green Function
3.5 Examples of Simple Solvable Models
3.5.1 Free-Particle Green Function
3.5.2 Resonant-Level Model
3.6 Self-Energy
3.6.1 Electron-Phonon Interaction
3.6.2 Elastic Impurity System; Impurity Averaging
3.7 Finite Temperatures
Part 11 Nonequilibrium Many-Body Theory
4. Contour Ordered Green Functions
4.1 General Remarks
4.2 Two Transformations
4.3 Analytic Continuation
5 Basic Quantum Kinetic Equations
5.1 The Kadanoff-Baym Formulation
5.2 The Keldysh Formulation
6. Boltzmann Limit
6.1 Gradient Expansion
6.2 Quasiparticle Approximation
6.3 Recovery of the Boltzmann Equation
7 Gauge Invariance
7.1 Choice of Variables
7.2 Gauge Invariant Quantum Kinetic Equation
7.2.1 Driving Term
7.2.2 Collision Term
7.3 Retarded Green Function
8. Quantum Distribution Functions
8.1 Relation to Observables, and the Wigner Function
8.2 Generalized Kadanoff-Baym Ansatz
8.3 Summary of the Main Formal Results
Part III Quantum Transport in Semiconductors
9. Linear Transport
9.1 Quantum Boltzmann Equation
9.2 Linear Conductivity of Electron-Elastic Impurity Systems
9.2.1 Kubo Formula
9.2.2 Quantum Kinetic Formulation
9.3 Weak Localization Corrections to Electric Conductivity
10. A Model for Dynamical Disorder:
The Gaussian White Noise Model
10.1 Introduction
10.2 Determination of the Retarded Green Function
10.3 Kinetic Equation for the GWN
10.4 Other Transport Properties
11. Quantum High-Field Transport in Semiconductors
11.1 Introduction
11.2 Free Green Functions and Spectral Functions
in an Electric Field
11.3 Resonant-Level Model in High Electric Fields
11.3.1 Introduction
11.3.2 Retarded Green Function: Single Impurity Problem
11.3.3 Retarded Green Function: Dilute Concentration
of Impurities
11.3.4 Analytic Continuation
11.3.5 Quantum Kinetic Equation
11.4 Quantum Kinetic Equation for Electron-Phonon Systems
11.5 An Application:
Collision Broadening for a Model Semiconductor
11.5.1 Analytical Considerations
11.5.2 A Simple Model:
Optical Phonon Emission at T = 0
11.6 Spatially Inhomogeneous Systems
12. Transport in Mesoscopic Semiconductor Structures
12.1 Introduction
12.2 Nonequilibrium Techniques
in Mesoscopic Tunneling Structures
12.3 Model Hamiltonian
12.4 General Expression for the Current
12.5 Non-Interacting Resonant-Level Model
12.6 Resonant Tunneling with Electron-Phonon Interactions
12.7 Transport Through a Coulomb Island
13. Time-Dependent Phenomena
13.1 Introduction
13.2 Applicability to Experiments
13.3 Mathematical Formulation
13.4 Average Current
13.5 Time-Dependent Resonant-Level Model
13.5.1 Response to Harmonic Modulation
13.5.2 Response to Step-Like Modulation
13.6 Linear-Response
13.7 Fluctuating Energy Levels
Part IV Theory of Ultrafast Kinetics
in Laser-Excited Semiconductors
14. Optical Free-Carrier Interband Kinetics
in Semiconductors
14.1 Interband Transitions in Direct-Gap Semiconductors
14.2 Free-Carrier Kinetics Under Laser-Pulse Excitation
14.3 The Optical Free-Carrier Bloch Equations
15. Interband Quantum Kinetics
with LO-Phonon Scattering
15.1 Derivation of the Interband Quantum Kinetic Equations
15.2 Approximations for the Green Functions G and G
15.3 Intraband Quantum Kinetics
15.4 Linear Polarization Kinetics, Phonon Sidebands
15.5 Coupled Interband Kinetic Equations
in Diagonal Approximation
15.6 Numerical Studies
16. Exciton Quantum Kinetics in Polar Semiconductors
16.1 Interband Quantum Kinetic Equations
with Excitonic Effects
16.2 Quantum Beats and Urbach Tail
16.2.1 LO-Phonon Quantum Beats
16.2.2 Urbach Tail Absorption
16.3 Excitonic Optical Stark Effect
16.4 Coupled Quantum Kinetics of Electrons and Phonons
16.5 Quantum Coherence of the Green Functions
17. Two-Pulse Excitation
17.1 Calculation of the Photon Echo
17.2 Calculation of the Four-Wave Mixing Signal
17.3 Comparison with Four-Wave Mixing Experiments
18. Coulomb Quantum Kinetics in a Dense Electron Gas
18.1 Introduction
18.2 Derivation of a Closed Quantum Kinetic Description
18.3 Simplifying Approximations
18.3.1 Initial Time Regime Without Screening
and Energy Conservation
18.3.2 Time-Dependent Plasmon Pole Approximation
18.3.3 Instantaneous Static Potential Approximation
19. Interband Coulomb Quantum Kinetics,
Optical Dephasing
19.1 Interband Quantum Kinetic Equations
with Coulomb Interaction
19.2 Early Stage of the Coulomb Quantum Kinetics
19.3 Quasi-Classical Theory of the Polarization Decay
20. The Build-Up of Screening
After Ultra-Short Pulse Excitation
20.1 The Model
20.2 Numerical Results
References
Subject Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的装帧和排版设计也值得称赞,体现了出版方对读者的尊重。字体选择适中,行距疏朗有致,使得长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是,图表的使用达到了教科书级别的专业水准。那些复杂的示意图和数据拟合曲线,不仅清晰准确,而且在视觉上传达了关键信息,避免了冗长文字的堆砌。很多时候,一张图胜过千言万语,这本书完美地做到了这一点。这种对细节的关注,显示了编者和作者对读者体验的重视,让严肃的学术内容在视觉上变得易于接受。对于需要经常查阅和引用的读者来说,这种高质量的呈现方式是极其宝贵的资源。

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这本书的语言风格非常独特,它既保持了高度的学术严谨性,又融入了一种近乎散文式的优雅。作者的遣词造句考究,用词精准,避免了许多学术著作中常见的僵硬和晦涩。读起来,仿佛在聆听一位大师的亲口授课,语气坚定而充满激情。他善于运用类比和生动的例子来解释抽象的物理现象,这种“化繁为简”的能力是区分优秀科普作品与普通教材的关键所在。虽然涉及的知识体系宏大,但阅读过程却出奇地流畅。我感觉自己不是在被动地接受信息,而是在与一位富有洞察力的智者进行深入的、跨越时空的对话,这种互动性让学习过程充满了乐趣。

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从一个实践者的角度来看,这本书的实用价值极高。它不仅提供了扎实的理论基础,更重要的是,它似乎暗示了许多潜在的研究方向和可行的实验路径。作者在讨论完基本原理后,常常会延伸到一些开放性的问题,这极大地激发了我将理论应用于实际问题的欲望。书中介绍的数学工具和分析方法论,都是经过实践检验的有效工具,可以直接在科研工作中借鉴和应用。这本书的价值在于,它成功地搭建起了纯理论研究与工程应用之间的桥梁,让我看到了理论是如何在现实世界中发挥作用的。对于任何希望在该领域做出实质性贡献的人来说,这本书都是一份不可或缺的行动指南,它指引方向,更给予了攻克难关的信心。

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这本书简直是一场思想的盛宴,阅读体验堪称完美。作者的叙事功力深厚,将复杂的理论娓娓道来,仿佛一位经验丰富的向导,引领我穿梭于知识的丛林之中。尤其令我惊叹的是其对概念的精妙阐释,那些曾经让我感到晦涩难懂的物理图像,在作者的笔下变得清晰明了,犹如拨开云雾见青天。他不仅仅是在陈述事实,更是在构建一个完整的认知框架,让我能够从宏观到微观,全面而深入地理解问题的本质。这种结构化的表达方式,极大地提升了我的学习效率和阅读的连贯性,让我愿意一口气读完,生怕错过任何一个精彩的转折点。书中的论证逻辑严密,层层递进,每当我认为自己已经掌握了某个阶段的内容时,作者总能抛出一个更深层次的思考角度,这种持续的挑战和引导,让人欲罢不能。

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我必须承认,这本书的深度和广度超出了我最初的预期。它不仅仅是一本教科书式的著作,更像是一部结合了前沿研究成果的学术专著。作者在整合不同领域知识方面的能力令人印象深刻,他巧妙地将看似不相关的概念编织在一起,展现出一种令人信服的统一性。阅读过程中,我经常需要停下来,查阅一些背景资料,但这并非因为作者的叙述含糊不清,恰恰相反,是因为其内容的密度太大,需要时间去消化和吸收。特别是那些深入到前沿实验和理论模型的讨论部分,为我提供了许多启发性的视角,让我对该领域未来的发展方向有了更清晰的认识。虽然阅读起来需要投入大量精力,但这种“值得”的感觉贯穿始终,每攻克一个难点,随之而来的成就感是无与伦比的。

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