电子动量谱学的原理和应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:陈学俊

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:38.0

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isbn号码:9787302039167

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• 电子动量谱学
• 动量谱学
• 电子结构
• 固体物理
• 表面物理
• 材料科学
• 量子力学
• 角分辨光电子能谱
• 谱学方法
• 凝聚态物理

物理学前沿的深度探索：现代凝聚态物理中的多体相互作用与拓扑现象 本书聚焦于当前凝聚态物理学领域最具活力和突破性的两个方向：强关联电子系统的复杂行为以及拓扑材料中新奇的量子特性。它旨在为具备坚实量子力学和固体物理基础的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个深入理解这些前沿概念的理论框架和实验关联。 本书结构清晰，逻辑严谨，共分为六个主要部分，共计二十章，力求在理论深度与实际应用之间搭建一座坚实的桥梁。 --- 第一部分：强关联系统的理论基础与建模（共三章） 本部分从多体量子力学的基本假设出发，系统回顾并发展处理电子间库仑相互作用的理论工具。我们强调，在低维或高对称性被破坏的系统中，传统的单粒子近似（如DFT的某些标准泛函）会失效，必须诉诸于更精细的、考虑电子间排斥效应的理论。 第一章：多体薛定谔方程的挑战与近似 详细讨论了哈密顿量中电子动能与相互作用能的相对重要性，重点介绍Hubbard模型和t-J模型的严格对偶性。我们将深入探讨平均场理论（Mean-Field Theory）的局限性，并引入更高级的近似方法，如随机相位近似（RPA）和有效场论。 第二章：对角化方法的演进：从精确到可扩展 本章侧重于数值和解析方法在处理有限尺度系统时的应用。我们将详细解析密度矩阵重整化群（DMRG）方法的核心思想，特别是其在处理一维和准一维系统中的优越性，并讨论其局限性及向更高维度推广的尝试（如张量网络态的结构）。此外，也将介绍蒙特卡洛方法在强关联系统中的应用，包括著名的符号问题及其规避策略。 第三章：自旋与电荷的耦合动力学 本章深入探讨了晶格结构、自旋序和电荷涨落之间的复杂反馈机制。重点关注电荷密度波（CDW）的形成、性质及其与超导电性的竞争。通过对Peierls不稳定性的分析，展示了晶格形变如何有效地调节电子间的有效相互作用，从而驱动系统进入新的低能状态。 --- 第二部分：非常规超导电性与磁性序（共四章） 本部分将理论工具应用于解释凝聚态物理中最引人入胜的现象——非常规超导电性，并探讨磁性序在其中扮演的关键角色。 第四章：非平庸配对机制 摒弃BCS理论中的声子介导机制，本章集中讨论由磁涨落介导的超导配对。通过分析铁基超导体（Iron-based Superconductors）中的自旋涨落谱，我们构建了描述$s^pm$波配对对称性的有效模型，并探讨了赝能隙（Pseudogap）现象在高温超导体系中的物理图像。 第五章：莫特绝缘体与电荷转移绝缘体 深入分析了Hubbard模型在强相互作用极限下的基态。我们解析了如何通过精细调控晶格结构和填充度，从金属态转变为具有长程磁有序的Mott绝缘体。同时，本章也对比了电荷转移绝缘体，阐明了离子实对电子能带结构的影响。 第六章：自旋液体与磁涨落的量子态 本章聚焦于那些拒绝传统长程磁有序的奇异态——量子自旋液体（QSL）。通过介绍Kitaev模型及其解析解，我们展示了如何通过几何阻挫和强自旋轨道耦合实现分数量子激发（Majorana费米子）。 第七章：多铁性与电磁耦合 探讨了材料中铁电性（电极化）和铁磁性（磁化）共存的现象。重点分析了磁致伸缩、电致磁化等跨学科学场耦合机制，并介绍了如何利用应变工程来调控多铁性材料的耦合强度。 --- 第三部分：拓扑序概念的引入与分类（共三章） 本书的下半部分转向拓扑凝聚态物理，阐述拓扑不变量如何定义材料的宏观性质，并超越传统的对称性分类。 第八章：从孤立系统到拓扑不变量 系统回顾了布洛赫定理和能带理论，并引入拓扑概念——即在连续形变下保持不变的物理量。详细推导了Chern数在二维周期势中的物理意义，并解释了它如何解释量子霍尔效应中的整数导纳。 第九章：拓扑绝缘体与边界态 深入分析了第一代拓扑绝缘体（TI）——$mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体。本章重点讨论了时间反演对称性在保护拓扑边界态（如螺旋狄拉克费米子）中的核心作用。我们将运用Kramers对的概念来理解拓扑能带的反演。 第十卷：高阶拓扑与维度的提升 超越传统的二维和三维拓扑绝缘体，本章介绍高阶拓扑概念，如拓扑晶体绝缘体（TCI）和拓扑超导体。重点分析了这些材料中存在的角态或棱态，以及它们如何依赖于空间对称性而非仅仅时间反演对称性。 --- 第四部分：拓扑材料的激发与探测（共四章） 本部分关注如何通过实验手段探测拓扑材料中存在的奇特激发，并强调拓扑保护的鲁棒性。 第十一章：狄拉克与外尔半金属 详细阐述了狄拉克点和外尔点作为简并能带结构中的“奇点”。通过分析晶体对称性，我们确定了外尔点出现的必要条件（例如空间反演或时间反演对称性破缺）。重点分析了费米弧（Fermi Arcs）的拓扑起源。 第十二章：拓扑费米子与马约拉纳模式 这是全书最具前沿性的部分之一。我们将探讨如何通过拓扑超导体和半导体纳米线耦合实现非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的实验平台。重点解析了零偏压电导峰与马约拉纳边界态的关联。 第十三章：拓扑绝缘体中的自旋-轨道耦合 深入分析强自旋-轨道耦合（SOC）在形成拓扑态中的决定性作用。利用Rashba和Dresselhaus模型的对比，解释了如何通过表面或界面效应来“工程化”SOC，以实现特定的拓扑边界态。 第十四章：非厄米物理与开放系统 引入非厄米哈密顿量来描述与环境存在能量交换的系统。本章解释了非厄米系统中本征值的非互易性，特别是如何出现“奇点环”（Exceptional Rings），及其在光子系统中的应用。 --- 第五部分：关联与拓扑的交汇点（共三章） 本部分探讨当强关联效应与拓扑序相遇时所产生的复杂且令人兴奋的现象。 第十五章：关联驱动的拓扑相变 探讨了在Hubbard模型中，由于电子间相互作用，系统如何从一个拓扑平凡态驱动进入一个拓扑非平凡态。重点分析了自旋轨道耦合Hubbard模型中的量子相变。 第十六章：拓扑重整化与分数量子霍尔效应 从Laughlin分数量子霍尔态的波函数出发，阐述了其拓扑性质。将拓扑场论的语言引入，解释了分数量子霍尔效应中低激发准粒子的分形统计行为和分数电荷。 第十七章：磁性拓扑绝缘体与体-边界对应 研究当拓扑绝缘体内部引入磁有序时所发生的变化，特别是时间反演对称性破缺对拓扑保护的影响。重点讨论了量子反常霍尔效应（QAHE）的实验实现与理论基础。 --- 第六部分：前沿实验技术与展望（共三章） 最后一部分将视角转向实验，介绍用于探测上述理论现象的关键技术，并对未来方向进行展望。 第十八章：角分辨光电子能谱（ARPES）的理论与实践 详细介绍了ARPES如何成为探测电子结构和配对对称性的金标准。解释了如何利用角动量守恒来重建布洛赫态的精确位置，并讨论了在非理想表面上提取真实体态信息的困难。 第十九章：扫描隧道显微镜（STM）在关联电子中的应用 聚焦于STM如何提供原子尺度的局域电子态信息。特别讨论了在低温下利用STM读取局域磁序、测量配对函数以及通过扫描隧道谱（STS）获取能隙信息的技术细节。 第二十章：未来方向：拓扑量子计算与信息存储 总结当前研究的瓶颈，并展望利用拓扑保护的稳定性和非阿贝尔任意子实现容错量子计算的可能性。讨论了拓扑材料在低能耗信息传输和新型传感器件中的潜在价值。 --- 全书的每一章都包含大量的数学推导，并配有精心设计的习题，以帮助读者巩固对抽象概念的理解。本书力求成为凝聚态物理研究者案头必备的，具有高度理论指导意义的参考书。

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这本书的封面设计很有意思，那种深邃的蓝色调配合上醒目的标题，让人一眼就能感受到它的专业性和厚重感。我一直对物理学的某些分支领域感到好奇，尤其是在涉及到微观粒子行为和能量转移的课题时，总觉得充满了未知的魅力。这本导论性的著作，从内容上看，似乎旨在为初学者构建一个坚实的基础，这一点从它详尽的章节安排中就能窥见一斑。我期待它能在量子力学的基本原理和实际的实验技术之间架起一座清晰的桥梁，尤其是对于那些复杂的数学模型，如果能辅以直观的物理图像解释，那将是极大的加分项。市面上关于基础物理的书籍不少，但真正能将理论深度与可读性完美结合的却不多见，希望这本能成为其中的佼佼者。我尤其关注它对前沿实验进展的介绍，毕竟理论的生命力最终要体现在对真实世界的解释上，一个好的综述不应只是对历史的回顾，更应对未来发展有所指引。

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翻开书本，首先映入眼帘的是那严谨的排版，字体选择和行距都经过了细致的考量，长时间阅读下来想必也不会过于疲劳。从目录的结构来看，作者显然是按照一个非常逻辑化的路径展开论述的，从最基本的概念引入，逐步过渡到更高级的分析方法。我特别留意到其中关于信号处理和数据采集的部分，这部分内容往往是连接纯理论与实际测量之间的关键瓶颈。如果作者能深入探讨不同类型谱仪的优缺点，以及在处理噪声和背景信号时所采用的先进算法，那这本书的实用价值将大大提升。毕竟，实验物理的艺术往往就藏在这些看似琐碎却至关重要的工程细节之中。一个优秀的教材，不仅要教会你“是什么”，更要教会你“如何做”，期待这本书能在操作层面提供足够的洞察力。

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这本书的作者团队背景似乎非常扎实，这从章节中引用的参考文献的广度和深度上就可见一斑。我倾向于那些能够提供多视角解读的学术著作，即便是同一个物理现象，如果能从不同理论模型的角度进行交叉验证和对比分析，那对读者的理解会有更深层次的提升。我对那些对实验不确定性分析给予足够篇幅的章节格外感兴趣，因为量化误差和评估测量可靠性，是任何科学工作者必须掌握的基本功。如果书中能详细阐述如何构建一个严谨的误差模型，并结合实际数据进行敏感性分析，那这本书的学术严谨性将得到极大的肯定。这种对“不确定性”的坦诚面对，恰恰是成熟科学态度的体现。

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整体而言，我希望这本书能像一本精密的工具箱，而不是一本陈旧的教科书。它应该激发我们去质疑、去探索那些尚未被完全清晰描述的物理边界。我期待它在介绍完基本原理之后，能提供足够的数学和计算工具包，让读者能够“亲手”模拟或分析一些典型的数据集。如果它能引导读者思考，在面对下一个未知的物理系统时，应该如何选择最合适的测量技术，如何设计最有效的实验方案，那它就成功地完成了从知识传递到能力培养的飞跃。一本好的专业书籍，应当是读者职业生涯中可以反复翻阅的案头宝典，而不是一次性读完就束之高阁的资料。

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作为一名对新兴科技抱有浓厚兴趣的读者，我更关注的是这类基础理论如何驱动应用领域的创新。这本书如果能提供足够多的案例研究，展示这些谱学方法在材料科学、甚至生物物理领域中的具体应用，那它的价值就不仅仅局限于学术界了。我设想，如果其中能够穿插一些突破性的实验结果，或者是一些尚未完全解决的科学难题，并指出利用现有谱学工具可以从哪些角度进行探索，那对于激发读者的研究热情将是莫大的鼓舞。毕竟，理论的最终归宿是解决现实问题，任何脱离了应用前景的纯理论探讨，都容易让人感到枯燥和空泛。我希望它能展现出一种积极的、面向未来的学术视野，而不是仅仅停留在对既有知识的梳理上。

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