晶体结构几何理论 (第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

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出版时间:1900-01-01

价格:17.0

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isbn号码:9787040032246

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• 几何学
• 材料科学
• 固体物理
• 矿物学
• X射线衍射
• 对称性
• 空间群
• 点群

《晶体结构几何理论 (第二版)》图书简介 导论：超越表象的晶体世界 晶体结构是物质世界中最具秩序和美感的构造之一。从宏观的矿物晶体到微观的原子排列，其内在的几何规律不仅决定了材料的物理、化学性质，更构成了现代材料科学、凝聚态物理、化学乃至生物结构研究的基石。然而，要真正深入理解和操控这些结构，需要一套严谨而强大的理论框架——晶体结构几何理论。 本书《晶体结构几何理论 (第二版)》旨在为读者提供一套全面、深入且高度系统的几何学视角，用以解析和描述晶体内部的无限多样性。它不仅是关于晶体学基本概念的复述，更是一套将抽象的数学工具——群论、拓扑学、张量分析等——与具体的晶体现象紧密结合的前沿理论指南。 第二版在继承第一版扎实理论基础的同时，根据近年来晶体学、拓扑材料和高维空间晶体理论的最新进展，进行了重大的内容补充和结构优化。本书的重点不在于罗列已知晶体的具体实例，而在于构建描述所有可能晶体结构的空间几何语言和分类体系。 --- 第一部分：基础几何与对称性原理 本部分将奠定理解复杂晶体结构所需的数学基础，重点聚焦于描述晶体周期性的核心工具。 1. 欧几里得空间中的基础几何与变换 本章首先回顾了三维欧几里得空间的基本概念，包括向量、坐标系的选择与变换（旋转、反射、反演）。关键在于建立晶体学所必需的刚体变换的概念，强调在晶体结构分析中，如何通过矩阵表示来精确描述原子位置的相对变化。重点讨论了晶格点阵的定义，区分了欧几里得群与晶体学群的差异。 2. 周期性与晶格的数学描述 本节深入探讨了晶体的周期性本质。通过引入平移向量基矢（Primitive Vectors）的概念，构建了无限晶格的数学模型。详细阐述了布拉菲格子（Bravais Lattices）的几何构造，并严格证明了在三维空间中，只有十四种可能的布拉菲格子。本书侧重于从生成元和基本域的角度来理解这些格子的结构，而非仅仅是列表呈现。 3. 群论基础与晶体对称性 对称性是晶体几何的核心。本部分系统梳理了点群（Proper and Improper Rotations）和空间群（Space Groups）的数学结构。重点在于阐述群论在晶体学中的应用：如何利用群论来推导和验证所有可能的对称操作（如螺旋轴和滑移面）。详细分析了施温（Schönflies）符号与赫尔曼-摩根（Hermann-Mauguin）符号背后的几何含义，强调空间群作为欧几里得群的离散子群的性质。 4. 倒易空间几何与傅里叶变换 为了从动力学和衍射实验的角度理解晶体结构，必须引入倒易空间的概念。本章详细解析了倒易点阵（Reciprocal Lattice）的几何构建，证明了其与实空间点阵之间的对偶关系。着重讨论了傅里叶变换在晶体结构因子计算中的作用，将实空间中的原子排布通过几何变换映射到倒易空间，为理解X射线、电子和中子衍射提供了严格的几何解释。 --- 第二部分：晶体结构单元与填充几何 本部分将理论视角从无限点阵转向实际晶体的原子簇结构和堆积方式，侧重于局域几何的规则性。 5. 几何配位与原子环境 本书超越了简单的配位数概念，引入了几何配位多面体（Coordination Polyhedra）的分析方法。详细讨论了如何通过最小化空间位阻和最大化轨道重叠来确定稳定配位结构。特别关注了欧拉定理在分析多面体拓扑性质中的应用，以及如何利用这些多面体来构建更宏大的晶体框架。 6. 密堆积与空间填充问题 晶体结构的形成与原子如何在三维空间中实现最有效的填充密切相关。本章聚焦于球体密堆积问题，详尽分析了六方最密堆积（HCP）和面心立方最密堆积（FCC）的几何构造。通过引入狄洛尼三角剖分（Delaunay Triangulation）和维罗内面（Voronoi Tesselation），从拓扑几何角度刻画了不同堆积方式的局部几何特征和空隙分布，揭示了为何某些堆积结构在热力学上更为稳定。 7. 周期性边界条件下的几何约束 在实际晶体模型中，周期性边界条件（PBC）是必需的。本节讨论了在有限晶胞内应用PBC时，对称操作如何被修改和约束。这包括了对费德洛夫群（Fedorov Groups）中非平移对称操作（如螺旋和平移反射）的精确几何定义，确保了在有限系统中的对称性描述依然保持数学上的一致性。 --- 第三部分：非经典与高维晶体几何理论 第二版的核心增补内容，旨在将几何理论拓展至超越传统晶体学的范畴，迎接新型结构材料的挑战。 8. 拟晶体（Quasicrystals）的几何表征 拟晶体打破了经典晶体学的平移周期性限制，但仍保有某种程度的远程序义有序性。本章详细介绍了彭罗斯密铺（Penrose Tiling）的几何构造原理，并引入了嵌入空间理论（Higher-Dimensional Projection Method）。通过将拟晶体结构投射到低维空间，本书展示了如何利用高维晶格的截面来精确描述拟晶体的对称群和几何结构，而非仅仅依赖于其非周期性。 9. 拓扑晶体与边界几何 近年来，拓扑材料的兴起对晶体结构几何提出了新的要求。本部分关注晶体结构的拓扑不变量。我们不再仅仅关注局域的原子排列，而是着眼于描述整体结构拓扑性质的几何特征，例如，如何通过布里渊区的拓扑荷（Topological Charges）来预示材料的边缘态。重点分析了晶体表面或界面处的几何缺陷如何影响整体拓扑性质。 10. 晶体结构的张量描述与弹性几何 物质的力学响应（如应力-应变关系）本质上是晶体几何结构在外部场作用下的形变描述。本章将晶体对称性与张量分析相结合。详细推导了弹性系数、介电常数等物理量在不同晶体群下的简化形式，展示了晶体几何对称性如何严格限制了材料的宏观物理响应。这为理解晶体缺陷如何影响宏观性能提供了强大的几何工具。 --- 结语 《晶体结构几何理论 (第二版)》是一部面向高阶本科生、研究生以及从事晶体材料研究的科研人员的参考书。它要求读者具备扎实的线性代数和基础群论知识。本书致力于提供一套完备的“晶体几何词汇表”，使读者能够以几何学的精度，去解析、预测和设计具有特定功能的晶体材料。通过对对称性、拓扑性及周期性的深入挖掘，本书期望能激发读者对物质世界深层结构规律的探索热情。

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**阅读体验与实践结合** 这本书的阅读体验是一种挑战与回报并存的过程。我尝试将其中的一些复杂公式应用到我正在进行的一个新型氧化物薄膜的研究中。起初，直接套用书中的数学模型确实遇到了困难，因为实际晶体总有各种形貌上的畸变和缺陷。然而，正是这种理论与实践的脱节，反而激发了我更深层次的思考：如何将抽象的几何理论“软化”以适应真实世界的“粗糙”？书中在最后几章关于晶体缺陷的几何拓扑描述，为我提供了全新的分析角度。它不是直接给出解决方案，而是提供了一套严谨的思维框架。通过这本书，我不再仅仅是使用软件来“拟合”晶体结构，而是开始主动地“构建”和“预测”结构。这种从“工具使用者”到“理论构建者”的转变，才是这本书带给我最大的价值。它像一本武功秘籍，教你内功心法，而非仅仅几招花架子。

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**初读感** 拿到这本新版的《晶体结构几何理论》时，我立刻被它厚实的纸张和严谨的排版吸引住了。作为一个长期在材料科学领域摸爬滚打的研究者，我深知基础理论的扎实对于理解复杂晶体现象的重要性。这本书的目录编排得非常清晰，从最基本的点群、空间群概念讲起，逐步深入到更复杂的晶体缺陷、多晶体结构分析。我特别欣赏作者在引入新概念时，总是能提供大量的实例和图示来辅助理解，这对于我这种偏爱直观学习的人来说，简直是福音。比如，在讲解晶体对称性操作时，那些详尽的矩阵变换和旋转轴的示意图，比我过去读过的任何教材都要来得透彻。当然，初次接触可能会觉得内容有点密集，尤其是一些高维度的数学描述，需要反复琢磨才能完全消化。但总的来说，它为我打开了一扇深入理解微观世界结构奥秘的大门，让我对晶体学的理解从“知道”上升到了“领悟”的层次。这本书的深度和广度，确实对得起“理论基石”这个称号。

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**内容深度与广度** 这本书最让我印象深刻的是其对不同晶体学派理论的整合能力。它不仅仅罗列了传统的戴维斯法或布拉维格子理论，更是在很高的层面上探讨了拓扑学在晶体结构分析中的潜在应用。我记得有一章专门讨论了准晶体的结构描述，这在以往的教材中往往是一笔带过，但在这里却被系统地展开，引用了大量的最新研究成果作为支撑。这让我意识到，本书的编写者不仅是理论的继承者，更是前沿的探索者。对我个人而言，它极大地拓宽了我的视野，让我开始反思我们日常工作中使用的简化模型可能存在的局限性。书中对非周期性结构中对称性的探讨尤其精妙，那种从有序到无序之间那种微妙的数学平衡，让人读来拍案叫绝。当然，如果说有什么不足，那就是对于一些极为前沿的计算晶体学方法介绍得相对较少，也许是第二版更新时重心放在了基础理论的完善上，但这并不影响它作为一本经典理论教材的地位。

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**排版与逻辑梳理** 相较于第一版，第二版的改进在细节之处体现得淋漓尽致。首先，符号的统一性做得非常好，不再出现不同章节中对同一概念使用不同符号的混乱现象，这极大地降低了阅读时的认知负荷。其次，作者在逻辑的层进上做了大量的优化。每一章节的开头都有一个清晰的“本章目标”和“核心概念回顾”，这对于我这种需要经常翻阅参考资料的人来说，非常方便快速定位。我尤其喜欢它在引入复杂定理时，会先用最简化的、类比的方式进行铺垫，然后再进行严谨的数学推导。例如，在讲解倒易空间的傅里叶变换时，它巧妙地将抽象的波矢空间与实际晶体衍射图谱联系起来，让那些原本枯燥的数学运算变得有了实际意义。这种循序渐进、层层递进的结构安排，使得一本高深莫测的理论书籍变得相对“亲民”起来，让更多想深入学习晶体学的学生和研究人员能够受益。

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**影响与定位** 坦白说，这本书绝非一本可以“快速浏览”的入门读物。它需要沉下心来，带着笔和纸一起研读。它更像是一本案头的“工具箱”和“思想源泉”，而不是一个临时的速查手册。我个人认为，它在现有晶体学著作中的定位是极其独特的：它占据了传统晶体学严谨性与现代拓扑、几何学洞察力的完美交汇点。这本书的出现，无疑提升了国内晶体学研究对基础理论几何深度的要求。很多国内外的同行在讨论一些前沿问题时，都会不约而同地引用书中的某些论断或数学框架。对于我这种需要进行高水平学术交流的人来说，拥有这本书，就等于拥有了一个坚实的理论后盾。它不仅教会了我“是什么”，更重要的是，它教会了我“为什么是这样”，这种探究事物的本质的能力，是任何技术手册都无法比拟的宝贵财富。

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