Atom, Molecule, and Cluster Beams I pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Hans Pauly

出品人:

页数:372

译者:

出版时间:2000-06-22

价格:USD 125.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540669456

丛书系列:

图书标签:

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• 原子束
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探索微观世界的奥秘：原子、分子与团簇束的奇妙之旅 在物理学、化学、材料科学以及更广泛的科学研究领域，对物质在最基本层面的理解至关重要。而原子、分子与团簇束，作为物质存在的微观基石，正是我们深入探索这些奥秘的关键工具。它们不仅仅是抽象的概念，更是能够被精确控制、定向发射并用于各种前沿实验的“活体”粒子。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析原子、分子与团簇束的制备、特性、探测技术及其在不同科学分支中的应用。我们将踏上一段奇妙的旅程，从理解基本原理出发，逐步深入到复杂的实验设计和前沿的研究成果，揭示这些微观粒子如何帮助我们揭示物质世界的深层规律。 第一部分：基础理论与束流制备 本部分将为读者奠定坚实的理论基础，使我们能够理解原子、分子和团簇束的产生机制及其关键物理特性。 原子束的产生与操控： 我们将首先探讨如何从宏观物质中分离出单个原子，并使其形成定向的原子束。这通常涉及到高温蒸发、电子轰击、激光冷却和激光诱导蒸发等多种技术。我们将详细解析这些方法的物理原理，包括温度、压力、蒸发速率、离子化等参数如何影响束流的强度、能量分布和束流宽度。此外，还将介绍如何利用磁场和电场（例如斯特恩-格拉赫实验中的磁场）来操控和筛选原子的自旋态或能量态，为后续的精密测量奠定基础。理解原子束的动量、能量以及其内部量子态的保持，是进行后续实验的关键。 分子束的形成与特性： 分子束的制备比原子束更为复杂，因为分子通常是多原子结构，具有更复杂的内部自由度，如振动和转动。我们将详细介绍化学气相沉积、分子束外延（MBE）等技术如何用于制备特定种类的分子束。重点将放在“自由分子束”的形成，即在真空环境中，由分子源喷射出的高速分子流。我们将讨论如何通过改变源温度、压力、喷嘴形状等参数来控制分子束的能量分布、速度分布以及束流的横截面。此外，分子束还可能存在内能激发态，我们也会探讨如何识别和控制这些状态，例如通过超声速膨胀技术来冷却分子的振动和转动自由度，从而获得具有特定内能态的分子束。 团簇的形成与束流： 团簇，是指由几十到几千个原子或分子组成的聚集体。它们介于单个原子/分子和块体材料之间，展现出独特的、依赖于尺寸的物理和化学性质。本部分将重点介绍团簇束的制备方法，这通常需要更精密的控制。我们将深入探讨激光烧蚀法、惰性气体蒸发法以及气体聚集源等技术。激光烧蚀法通过高能激光脉冲轰击靶材，产生等离子体，然后在惰性气体中冷却并凝聚形成团簇。气体聚集源则利用惰性气体作为载体，通过控制气体压力和温度，使金属蒸气在其中凝聚形成团簇。我们将详细解析团簇形成过程中核化、生长和逸出等过程，以及如何通过控制参数（如激光功率、载气流量、腔室压力）来调控团簇的尺寸分布、组成和电荷态。 束流的形成与传播： 无论是原子束、分子束还是团簇束，它们都需要在真空环境中形成并传播。我们将深入讨论真空技术在束流实验中的重要性，包括超高真空（UHV）的获得和维持，以及各种真空泵（如涡轮分子泵、扩散泵、低温泵）的工作原理。同时，还将探讨束流在传播过程中的各种影响因素，例如束流的扩散、碰撞、空间电荷效应以及与残余气体分子的相互作用。这些因素都会影响束流的质量和应用效果，需要精确的理解和控制。 第二部分：束流的探测与表征 获得定向的原子、分子与团簇束只是第一步，更重要的是能够准确地探测和表征这些束流的性质。本部分将详细介绍各种先进的探测技术。 速度和能量分布的测量： 束流的速度和能量分布是其关键的物理参数。我们将介绍多种测量技术，包括飞行时间谱仪（TOF-MS）——通过测量粒子飞行相同距离所需的时间来推断其速度；以及多普勒效应测量——利用激光与束流中粒子的相互作用，通过观察光谱的频移来测量粒子的速度。这些技术能够提供关于束流能量和速度分布的详细信息，对于理解束流的产生机制和优化实验条件至关重要。 质量谱分析： 对于分子束和团簇束，质量分析是鉴定其组成和判断其尺寸的关键。我们将重点介绍质谱技术，包括电离方法（如电子轰击电离、化学电离、场致电离）以及质量分析器（如四极杆、离子阱、飞行时间质谱仪）的工作原理。通过精确测量粒子的质荷比，我们可以确定分子和团簇的化学成分、同位素组成以及团簇的大小。 内部状态的表征： 原子、分子和团簇都拥有复杂的内部量子态，包括电子态、振动态和转动态。本部分将介绍如何利用光谱学技术来表征这些内部状态。例如，激光诱导荧光（LIF）可以用来探测特定电子态或振动态的分子；共振增强多光子电离（REMPI）可以用来选择性地电离特定能级的原子或分子；红外吸收光谱可以用来探测分子的振动模式。这些技术使我们能够深入了解束流中粒子的量子性质。 电荷态的测量： 团簇通常可以通过电离或去电子化获得不同的电荷态，其电荷态对其化学活性和物理性质有显著影响。我们将介绍如何通过质谱技术测量团簇的电荷态，以及如何通过电荷陷阱或电荷转移实验来研究团簇的电子亲和势和电离势。 第三部分：原子、分子与团簇束在科学研究中的应用 原子、分子与团簇束作为强大的研究工具，在众多前沿科学领域展现出巨大的应用潜力。本部分将聚焦于这些束流在不同领域的实际应用案例。 表面科学与催化： 将原子、分子或团簇束定向轰击在清洁的固体表面上，是研究表面吸附、表面反应和催化过程的经典方法。例如，通过向金属表面发射具有特定能量的氧原子束，可以研究氧化反应的动力学；使用分子束外延（MBE）技术，可以将特定原子束按层沉积在衬底上，从而精确控制薄膜的生长和结构，这在半导体工业中至关重要。团簇束则被广泛应用于研究纳米催化，因为纳米团簇因其高比表面积和独特的电子结构，展现出优异的催化活性，通过研究团簇与反应物分子的相互作用，可以理解催化反应的机理。 材料科学与纳米技术： 原子、分子与团簇束是制备先进功能材料的有力工具。例如，利用团簇束进行沉积，可以直接在衬底上形成纳米粒子薄膜，这在光学、电子学和磁性材料的制备中具有重要意义。通过控制团簇的组成、尺寸和沉积密度，可以实现对材料宏观性质的精确调控。此外，束流技术也用于材料的改性，例如用原子束进行表面刻蚀或掺杂，以改善材料的性能。 等离子体物理与聚变研究： 在等离子体物理领域，原子和分子束被用于诊断等离子体参数，如温度、密度和组分。例如，利用中性原子束穿过等离子体，通过测量散射光子的多普勒频移来测量等离子体离子的温度。在核聚变研究中，燃料（如氘和氚）的注入也常常采用束流技术，以高效地将燃料输送到等离子体核心。 生物物理学与化学： 尽管在生物领域应用相对较少，但原子和分子束也被用于模拟生物分子在极端环境下的行为，例如太空中的分子解离和反应。高能原子束可以用于放射治疗的精确剂量控制。此外，团簇束在理解生物分子（如蛋白质）在真空中的稳定性和解离行为方面也提供了一种独特的研究途径。 基础物理学研究： 原子、分子和团簇束是进行许多基础物理学实验的理想探针。例如，通过高精度的原子束干涉仪，可以验证量子力学的基本原理，测量引力常数等基本物理量。对团簇的电子结构和化学性质的研究，为理解宏观物质性质如何涌现提供了重要的线索，并为发展新的理论模型提供了实验依据。 结论 原子、分子与团簇束，作为微观世界的信使，为我们打开了通往物质深层奥秘的窗口。从理解它们精巧的制备过程，到掌握多样的探测手段，再到领略它们在各学科领域的广泛应用，本书力求为读者呈现一幅全面而生动的图景。通过深入研究这些微观粒子，我们不仅能够更好地理解现有的物理和化学现象，更有潜力创造出前所未有的新材料、新工艺和新技术，从而推动人类科学和技术的持续进步。这本书将是所有对微观世界充满好奇，渴望探索物质本质的研究者、学生以及科学爱好者们的宝贵指南。

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这本书的语言风格是典型的、不带任何感情色彩的学术陈述，每一个句子都力求信息的最大密度和准确性。从排版和插图质量来看，出版社显然投入了极大的心血，图表的清晰度极高，这对需要反复查阅公式和实验结果的读者来说至关重要。我特别欣赏作者在每一个章节末尾设置的“进一步阅读推荐”列表，这极大地帮助我快速定位到该领域内其他经典或最新的综述性文献，节省了大量时间。不过，作为一个经常需要向学生演示实验原理的人，我个人感觉书中对实验仪器的“操作细节”讨论得略显不足，更多集中于“物理原理”，对于如何实际搭建和调优一个高真空系统以获得稳定束流的工程挑战着墨不多。这使得它更偏向于理论物理或化学物理的研究者，而非实验技术人员。总而言之，这是一本无可替代的、值得放在案头随时翻阅的专业工具书，其价值毋庸置疑，但它要求读者具备一定的预备知识才能充分领略其精髓。

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读完前几章的感受是，作者在概念的引入上处理得非常得当，那种循序渐进的逻辑铺陈，让人感觉每一步的推导都是水到渠成的。我特别欣赏作者在解释一些经典理论时所采用的类比手法，这对于理解那些抽象的量子力学或统计力学背景下的概念至关重要。例如，对于束流在真空环境下的传播特性，书中并未仅仅停留在公式推导层面，而是巧妙地结合了实际操作中可能遇到的各种干扰因素，如残余气体效应、空间电荷效应等，并提供了相应的修正方法。这种理论联系实际的叙述方式，极大地提高了我对这些知识的吸收效率。此外，书中对于不同类型的束源——从热态源到高能离子源——的性能对比分析也十分到位，它们各自的优势与局限性被阐述得一清二楚。如果后续内容能进一步扩展到对不同尺度上物质聚集态（从单个粒子到宏观材料表面）的探测技术，那就更完美了，因为理论的价值最终还是需要通过精确的实验数据来验证的。

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这本书的专业深度显然不是一般科普读物可以比拟的，它更像是为研究生甚至初级研究人员量身定做的参考手册。我留意到，在涉及动能和角分布测量那一部分时，作者引用的文献都非常权威且具有前沿性，这表明编写团队对该领域的最新研究动态保持着高度的敏感度。然而，正因为其深度，我发现某些涉及高阶微分方程求解的部分，如果能增加一些详细的步骤推导，或者至少提供一个专门的附录来解释这些数学工具的物理意义，对于那些数学基础稍弱的读者来说会更加友好。目前的叙述方式，虽然严谨，但可能会让一部分读者望而却步。我对其中关于手性分子束的偏振和检测技术的部分尤为感兴趣，这部分内容往往是区分不同研究团队技术水平的关键。我希望看到更多关于如何精确控制和测量分子束内部复杂量子态的信息，这关乎未来在分子级别上实现精密操控的可能性。

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整体来看，这本书的结构组织体现了一种古典的物理学教材风格，即先理论后应用，但其内容无疑是走在时代前沿的。我注意到作者在谈及“簇束”的形成与演化时，似乎花费了相当大的篇幅来讨论团簇动力学的非平衡态特性。这很吸引我，因为簇合物往往是理解相变和表面化学反应的理想模型系统。遗憾的是，关于簇束在固体表面沉积过程中的形貌控制和薄膜生长方面的讨论略显单薄，这部分内容是当前材料科学领域非常热门的应用方向。如果能增加一个专门的案例研究，比如利用特定能量的惰性气体簇束来清洗或改性半导体表面，并配上高分辨电镜的对比图，那本书的实用价值和吸引力会大大增加。这本书更像是一部扎实的“硬科学”著作，它的价值在于构建一个坚实的理论框架，而非简单罗列应用实例，这一点我给予高度肯定。

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这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象，那种简洁而有力的排版，仿佛预示着内容的严谨和深度。初翻开扉页，我就被那种扑面而来的学术气息所吸引。我期待着能在这本书中找到关于基础物理化学的最新进展和前沿思考。特别是标题中提到的“束流”概念，让我对如何通过控制原子、分子和簇团的运动状态来探索物质的微观结构充满了好奇。我希望作者能够深入浅出地讲解这些复杂的物理过程，让一个虽然对领域有所了解，但并非该领域专家的读者也能跟上思路。理想情况下，书中会对束流的制备、加速、以及与目标物相互作用的各种技术进行详尽的描述，最好还能配有精美的实验装置图示，这样能极大地增强阅读的直观性和趣味性。如果能有一部分章节专门探讨如何利用这些束流技术来模拟极端条件下的化学反应，那将是锦上添花之举，毕竟这种跨学科的视角往往能带来意想不到的启发。总而言之，这本书在我眼中，不仅仅是一本教科书，更像是一扇通往微观世界深处、充满挑战与惊喜的知识之门，我迫不及待地想要探索其中的奥秘。

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Springer機打的書裏公式讓人讀起來不爽~

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