分子电子学

分子电子学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北京大学出版社发行部
作者:薛增泉
出品人:
页数:398
译者:
出版时间:2003-4
价格:22.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787301062531
丛书系列:
图书标签:
  • 材料
  • 分子电子学
  • 分子电子学
  • 纳米技术
  • 材料科学
  • 物理学
  • 化学
  • 电子学
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  • 计算化学
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  • 新兴技术
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具体描述

分子电子学是继微电子学、纳米电子学之后的电子学科,现在已为人们所关注。本书介绍了分子电子学现今研究的现状与所涉及的基础知识和技术。主要包括微电子器件发展的规律,以及由此导致必然出现的纳米电子器件、分子电子器件。它们的材料将是有机/无机组装的复合薄膜,具有显著的低维特性,信息载流子除电子、空穴、离子、激子外,还有孤子、极化子、电荷密度波、自旋密度波等。它们具有显著的量子相干特性。利用这类材料和特性组装的分子电子器件,有其独特的信息加工规律。本书的最后一章,对生物细胞信息加工特征做了简单介绍。分子电子学是正在起步的学科,有其丰富的内容,但目前我们还知道得很少,因此本书所讨论的内容仅是初步的基础知识。

本书适合于大学电子学、物理学、化学、材料科学,以及相关交叉学科本科生、研究生阅读,也供相关大学教师、工程技术人员参考。

《光与物质的精密操控:量子调控前沿》 在这部引人入胜的作品中,我们将一同探索人类如何以前所未有的精度操控光与物质的相互作用,从而开启一系列革命性的科学与技术突破。本书并非聚焦于微观器件的组装或电子信号的传递,而是深入到更基础、更具普适性的物理原理层面,揭示隐藏在各种先进技术背后的核心机制。 第一部分:光子的精妙舞蹈 本部分将首先带领读者走进光子的奇妙世界。我们将从光的基本属性——波粒二象性出发,深入探讨光子在不同介质中的行为,以及如何通过精确控制光的频率、强度、偏振和相干性来塑造其与物质的相互作用。 超快激光技术: 读者将了解如何产生和利用极短脉冲(飞秒、阿秒)的激光,它们如同“光镊”一般,能够捕捉和操纵原子、分子在极短时间内的动态过程。我们将探讨超快激光在材料加工、精密测量以及探索瞬息万变的化学反应中的应用,例如触发和观察化学键的断裂与形成,以及研究电子在材料中的瞬时行为。 非线性光学现象: 我们将揭示当光强足够大时,物质的响应不再是线性的。这会引发一系列迷人的非线性光学效应,例如二次谐波产生、参量上/下转换,以及克尔效应导致的自聚焦等。这些现象使我们能够“定制”光,例如将一种颜色的光转化为另一种颜色,或者在特定区域聚焦光场,从而实现对物质更精细的探测和操控。 光镊与光捕获: 本章将重点介绍如何利用聚焦激光束产生的电磁力来捕获和移动微米甚至纳米级别的粒子,如原子、分子、细胞甚至更复杂的生物结构。我们将详细阐述不同类型光镊的工作原理,以及它们在基础科学研究(如原子冷却与囚禁、量子模拟)和生物医学(如细胞分选、DNA操控)领域的广阔应用前景。 光子晶体与超材料: 读者将认识到如何通过周期性地排列介质结构,设计出具有特殊光学性质的材料——光子晶体。我们将探讨它们如何控制光的传播方向和光谱,以及如何在微观尺度上实现光的“引导”和“囚禁”。在此基础上,我们将进一步介绍更具颠覆性的超材料,它们可以通过人工设计的结构打破材料本身的限制,实现负折射、完美吸收等奇异光学特性,为隐身、超分辨成像等领域带来革命。 第二部分:物质的量子响应 在掌握了光的操控艺术之后,本部分将聚焦于物质本身如何对光做出响应,以及如何利用这些响应来探测和理解微观世界的奥秘。 量子态的制备与探测: 我们将深入探讨如何利用光与原子、电子、分子等量子体系的相互作用,来制备和探测其特定的量子态。读者将了解诸如里德堡原子、量子点、单分子探测等前沿技术,以及如何通过光谱学、散射技术等手段来“读取”这些量子态的信息。 相干操控与量子相干: 本章将聚焦于如何利用特定序列的激光脉冲,对量子体系的相干性进行精确的控制。我们将解释相干态在量子信息处理中的核心作用,以及如何通过相干操控来延长量子比特的寿命,提升量子计算的精度,并实现诸如量子纠缠的制备与操纵。 拉曼光谱与分子指纹: 读者将学习如何利用拉曼散射现象来获取分子的“指纹”信息。当光与分子相互作用时,会产生能量的散射,这种散射的能量变化与分子的振动模式密切相关,因此可以用来识别和分析物质的成分。本书将介绍不同类型的拉曼光谱技术(如表面增强拉曼光谱SERS、刺激拉曼光谱SRS),以及它们在化学、材料科学、生物医学等领域的应用,例如实时监测化学反应、检测微量污染物,以及无标记成像细胞内部结构。 电子光谱学与电子动力学: 针对电子在物质中的行为,本书将介绍利用光激发电子,并通过探测这些激发电子的能量、动量分布来研究材料的电子结构和动力学过程。读者将了解光电子能谱(XPS、UPS)、角分辨光电子能谱(ARPES)等技术,它们能够直接揭示材料的能带结构、费米面特性,以及电子在超快时间尺度下的弛豫和输运机制。 量子传感器与精密测量: 本部分将整合前述的原理,介绍如何利用光与物质的精妙操控来构建高灵敏度的量子传感器。我们将探讨原子干涉仪、量子磁力计、量子陀螺仪等先进传感器的工作原理,以及它们在导航、地质勘探、基础物理测量等领域中展现出的巨大潜力,能够实现远超经典方法的精度。 第三部分:未来展望与前沿挑战 在对光与物质精密操控的各项技术进行详细介绍后,本书的最后一部分将放眼未来,探讨这些技术所能带来的颠覆性变革,以及当前面临的关键科学挑战。 量子计算与量子信息: 我们将展望基于光与物质相互作用的量子计算架构,如光量子计算、囚禁离子量子计算等,并讨论它们在解决复杂计算问题方面的巨大潜力。同时,本书也将触及量子通信、量子密钥分发等量子信息科学的重要分支。 先进材料的创新设计: 读者将了解到如何利用精确的光物质操控能力,来设计和制备具有全新功能的新型材料,例如催化材料、光电器件、生物相容性材料等。 生物医学的诊断与治疗: 本书将探讨光与物质的精密操控在疾病诊断、药物递送、光动力疗法等生物医学领域的应用,例如利用光镊精确定位和操纵癌细胞,或利用特定波长的光触发药物释放。 基础科学的探索前沿: 最后,我们将讨论这些技术如何帮助科学家们探索宇宙中最基本的问题,如暗物质、暗能量的性质,以及量子引力等前沿理论的实验验证。 《光与物质的精密操控:量子调控前沿》是一部为对现代物理学、光学、材料科学、量子信息以及前沿科学技术感兴趣的读者量身打造的作品。它将带领您穿越迷人的微观世界,见证人类智慧如何通过对光与物质的精妙驾驭,不断拓展科学的边界,塑造更加美好的未来。本书的叙述力求深入浅出,即便非专业背景的读者,也能从中领略到这场宏大而迷人的科学革命的魅力。

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读后感

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用户评价

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我接触了许多关于半导体物理和纳米技术的书籍,但《分子电子学》在处理“退相干”和“器件寿命”这些实际工程问题时,表现出了极高的成熟度。很多理论书籍倾向于描述理想化的完美器件,但这本书的作者显然深谙将理论付诸实践的艰辛。书中用了不少篇幅来探讨环境因素,比如温度波动、氧化腐蚀,以及机械应力如何对分子级的电子传输路径造成不可逆的影响。作者没有回避这些“不完美”的现实,而是系统地分析了不同封装技术和环境控制策略如何缓解这些问题。特别是关于长程有序结构在实际工作环境下的稳定性分析,提供了许多基于统计力学的模型预测。这部分内容让我意识到,分子电子学离真正的大规模商业化应用,还有很长的路要走,而这些路上的“绊脚石”在哪里,本书都给出了清晰的指引。它不是一本只歌颂成功的书,更像是一个经验丰富的工程师在告诉你:“这条路很美,但请注意脚下的陷阱。”这种务实的态度,使得这本书的指导意义远超那些只谈论理论突破的文献综述,它真正教会了读者如何“建造”并“维护”一个在分子尺度上工作的电子元件。

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这本书最让我感到惊喜的,是它对于“材料设计”那一块的着墨之深。现在的电子学发展,早已不是单纯地发现材料,而是主动设计具有特定功能的分子结构。这本书并没有将重点仅仅停留在理论分析上,而是将大量的篇幅投入到了分子工程学的实践层面。作者巧妙地引入了手性分子在信息处理中的潜力,以及如何利用共轭体系来调控载流子的注入和传输效率。我特别喜欢其中关于“自下而上”与“自上而下”两种构建分子电路方法的对比分析。前者侧重于化学合成的精妙控制,后者则关注于纳米加工技术如何与分子自组装相结合。书中呈现的那些分子结构图,不仅仅是静态的化学式,而是被赋予了动态的电子流动的意义。阅读过程中,我脑海中不断浮现出各种“分子开关”和“分子二极管”的构想,作者在描述如何通过改变连接基团的长度或扭转角来微调器件的阈值电压时,那种掌控感令人振奋。这使得这本书超越了一般的物理学著作,更像是一本应用化学与电子工程交叉学科的“设计手册”。它激发了我对于如何利用原子级别的精度去创造宏观功能器件的无限遐想,这才是真正的未来科技魅力所在。

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这本《分子电子学》的作者显然是下了大功夫的,光是目录的编排就足以看出其体系的严谨性。我尤其欣赏它在基础概念阐述上的耐心与深度。对于初学者来说,很多前沿领域的入门书籍往往会直接跳到复杂的数学模型和实验数据,让人望而却步。然而,这本书却选择从最基本的量子力学原理和固体物理的视角,一步步地搭建起理解分子尺度电子行为的理论框架。它没有急于展示那些令人眼花缭乱的最新成果,而是花费了大量篇幅去解释电子在分子轨道间的隧穿效应、电荷转移的机制,以及如何通过调节分子结构来精确控制其电子态。书中对亥姆霍兹方程在分子体系中的应用,以及如何引入密度泛函理论(DFT)来模拟实际的分子器件性能,讲解得清晰透彻,即便是我这个非物理专业出身,也能大致跟上作者的思路。特别是关于分子间相互作用对能级精细结构影响的讨论,那几章的图示和公式推导,简直就是教科书级别的范本。读完这部分内容,我感觉自己对“为什么特定分子具有特定的导电性”这个问题,有了一个从微观层面深入骨髓的理解,远超我之前阅读的任何一本概论性质的材料科学书籍。这本书的价值,很大程度上在于它成功地架设了理论基础与实际应用之间的桥梁,让读者既能仰望星空(理论),又能脚踏实地(对器件的理解)。

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这本书的排版和装帧质量,说实话,有点让人摸不着头脑。从内容深度来看,它无疑是顶尖的学术著作,但其视觉呈现却显得有些过时和朴素。大量的公式和图表挤在一起,虽然保证了信息的完整性,但在阅读流畅度上大打折扣。很多关键的能量关系图,如果能采用更现代的色彩区分或者三维立体展示,效果可能会好得多。更让我费解的是,在讨论一些高度复杂的界面效应时,图注的描述往往过于简略,需要读者反复对照正文才能完全理解图表的含义,这无疑增加了理解的认知负荷。这让我不禁思考,这样的书籍究竟是为谁准备的?是那些在实验室里需要随时翻阅精确数据和公式的资深研究人员,还是希望通过直观图像来理解复杂概念的学生?如果目标群体是后者,那么在视觉设计上的欠缺,确实是一个遗憾。不过,撇开这些“外在”的因素,内容本身的严谨性是无可挑剔的。那些关于界面电子态重构的章节,其论述的细致程度,即便是最挑剔的审稿人也难以找到破绽。它用最传统的、不加修饰的方式,传递了最前沿、最核心的知识,这本身也算是一种独特的风格吧。

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坦白说,我最初对这本书的期望值是比较高的,毕竟“分子电子学”这个方向充满了未来感和高科技的诱惑。然而,阅读体验上,它更像是一本扎实的、面向研究生的专业参考书,而不是一本面向大众读者的科普读物。它的叙事风格非常“硬核”,充满了大量的专业术语和复杂的推导过程,每一页的信息密度都极高。举个例子,书中关于单分子器件的测量技术那一章,简直就是对扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)在单分子尺度下应用的百科全书式罗列。作者对于不同测量模式(例如Landauer公式的应用、偏压谱的分析)的理论基础描述得非常详尽,甚至到了探讨信号噪声比和背景干扰的程度。这对于正在设计或优化这类实验的科研人员无疑是巨大的福音,能够迅速定位到关键的技术瓶颈和理论依据。但对于我这个只是想了解这个领域大致轮廓的爱好者来说,阅读过程更像是在攻克一座技术堡垒,需要不断地查阅附录中的缩写和符号定义。它的深度毋庸置疑,但其广度略显不足,某些章节的过渡显得有些生硬,似乎作者默认读者已经完全掌握了相邻领域的知识。总而言之,这是一本需要“啃”下去的书,回报是实实在在的知识储备,但过程需要极大的专注力。

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