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出版者:复旦大学出版社

作者:Jean-Marie Dubois

出品人:

页数:482

译者:

出版时间:2006-11

价格:50.00元

装帧:

isbn号码:9787309052084

丛书系列:研究生前沿教材书系

图书标签:

• 物理
• 金属材料
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• 材料科学
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理论物理前沿：超导材料的微观结构与宏观效应 作者： [此处可填写真实作者姓名或使用化名] 出版社： [此处可填写真实出版社名称或使用化名] 出版日期： [此处可填写真实出版日期或使用近几年日期] --- 内容提要 本书深入探讨了高温超导材料的复杂微观结构、电子输运机制及其在宏观尺度下展现出的奇异物理现象。全书以严谨的理论推导和详实的实验数据为基础，构建了一套系统的研究框架，旨在揭示当前超导研究领域中最具挑战性的几个核心问题。我们聚焦于铜氧化物（如YBCO、BSCCO）和铁基超导体这两大类体系，力求从电子关联效应、晶格振动（声子）以及磁通钉扎等方面，阐述其远超传统BCS理论描述的物理本质。 本书不仅对赝电子态（Pre-formed Pairs）、能隙各向异性（Gap Anisotropy）以及“d波”配对对称性等前沿概念进行了详尽的阐述，还详细分析了条纹相（Charge/Spin Stripes）与超导电性之间的相互作用机制。针对实际应用中的关键瓶颈——临界电流密度（$J_c$）和临界磁场（$H_c$），本书专门辟出章节，详细论述了如何通过微结构工程（如引入纳米级钉扎中心、优化晶界质量）来提升材料的实际应用性能。 此外，本书跨越传统范畴，探讨了拓扑超导电性的理论基础及其在未来量子计算中的潜在应用，特别是涉及马约拉纳费米子激发态的研究进展。内容覆盖了从基础的霍尔效应（Hall Effect）在涡旋态下的异常表现，到复杂的中子散射（Neutron Scattering）和角分辨光电子能谱（ARPES）实验技术在揭示超导机理中的关键作用。 本书面向高年级本科生、研究生以及从事凝聚态物理、材料科学和低温工程的科研人员。它既可作为深入学习高温超导物理的专业教材，也是相关领域研究者快速掌握最新进展的参考手册。 --- 目录概览 第一部分：超导基础与传统理论的局限 1.1 麦斯纳效应与零电阻态的再审视 1.2 BCS理论回顾及其在非传统超导中的失效 1.3 强关联电子体系的理论模型：Hubbard模型及其衍生 第二部分：铜氧化物超导体的微观世界 2.1 晶体结构与电荷/自旋序的竞争 2.2 赝能隙相的起源与性质 2.3 配对机制的探索：电子-声子耦合的新视角 2.4 ARPES实验揭示的非均匀能隙结构 第三部分：铁基超导体：新的研究热点 3.1 发现背景与结构特点（Pnictides vs. Chalcogenides） 3.2 多带模型与自旋密度波（SDW）的相互作用 3.3 磁性涨落对配对机制的驱动作用 3.4 铁基材料中的涡旋动力学研究 第四部分：宏观性能与工程应用 4.1 磁通线的钉扎理论：Pinning Centers的有效性分析 4.2 临界电流密度的影响因素：从材料纯度到晶界控制 4.3 涡旋-电子散射的宏观影响：电阻率的非零行为 4.4 应用实例分析：高场磁体与超导电缆的材料选择 第五部分：前沿与交叉学科 5.1 拓扑绝缘体与拓扑超导的界面物理 5.2 马约拉纳零能模的实验验证与挑战 5.3 强磁场下超导电性的演化：量子临界点附近的行为 --- 详细章节介绍 第一部分：超导基础与传统理论的局限 本部分旨在为读者搭建坚实的理论基础，并明确指出传统朗道-费米液体理论在描述强关联体系时的不足。我们从宏观热力学出发，回顾了伦敦方程与Ginzburg-Landau（GL）唯象理论，强调了相干长度 ($xi$) 和穿透深度 ($lambda$) 这两个决定超导体在异质结构中行为的关键参数。随后，深入解析了Hubbard模型，这是理解电子间强烈库仑排斥如何导致反铁磁序和电子配对的核心工具。本书特别关注了在接近最优掺杂区域，电子结构如何从绝缘体转变为具有“口袋态”的费米面，这直接关联到高温超导的物理起源。 第二部分：铜氧化物超导体的微观世界 铜氧化物是高温超导研究的基石，其复杂性主要源于$ ext{CuO}_2$平面的二维性质和强烈的电子关联。本章详细分析了电荷密度波（CDW）和自旋密度波（SDW）等竞争相如何“挤压”出超导相，并重点讨论了$ ext{ARPES}$技术如何直接观测到$d$波对称性的配对能隙，以及在高掺杂区域出现的赝能隙（Pseudogap）现象——它被认为是配对形成的前兆，但其机理仍存在争议。我们采用有序参数（Order Parameter）的视角，结合量子蒙特卡洛模拟的结果，对赝能隙相的性质进行了深入探讨，尤其关注其是否暗示着一种非传统的、可能受拓扑影响的序。 第三部分：铁基超导体：新的研究热点 铁基超导体的发现（2008年起）标志着超导研究进入了多极化时代。与铜氧化物主要由$d$轨道电子主导不同，铁基材料的超导性涉及$3d$和$5d$轨道的复杂杂化。本章细致剖析了多带费米面的结构及其对超导电性的影响，特别是自旋涨落如何通过“旋子通道”（RPA理论）促进电子配对。我们对比了“1111”型、122型等不同晶系中的配对对称性，并展示了如何利用核磁共振（NMR）来追踪自旋涨落的衰减过程，从而推断出磁性对超导的支撑作用。 第四部分：宏观性能与工程应用 本书的实用价值体现在本部分。我们不再局限于基础物理，而是着眼于如何将实验室的发现转化为实际技术。磁通钉扎是决定超导磁体性能的瓶颈。本书详细介绍了纳米尺度的位错、空位团簇作为钉扎中心的作用力学模型。通过微观结构控制，如快速淬火、辐照改性或引入第二相纳米颗粒，可以有效地增加钉扎力，从而显著提高材料在工作磁场下的临界电流密度。此外，对大尺寸超导线材中晶界（Grain Boundaries）的电流传输能力的评估方法也进行了深入的分析。 第五部分：前沿与交叉学科 本章展望了凝聚态物理的未来方向。拓扑超导因其能支持稳定的马约拉纳费米子而在容错量子计算中受到热烈关注。本书阐述了如何通过异质结结构（例如，半导体纳米线与s波超导体耦合）来诱导拓扑超导态。我们梳理了近年来通过隧穿谱实验探测到零偏压电导峰（Zero-Bias Conductance Peak）的最新进展，并讨论了区分真实马约拉纳模与非拓扑零能激发的实验标准。最后，本书还触及了在极端条件下，如强磁场下，超导电性如何被量子霍尔效应或磁性有序所取代，以期为探索更广阔的物理相图提供参考。 --- 本书特色： 理论深度与实验广度并重： 平衡了从量子场论到实际材料加工的全链条知识体系。 聚焦前沿争议： 针对赝能隙、铁基配对机制等悬而未决的问题，提供了多角度的评估。 清晰的结构逻辑： 层次分明地引导读者从基础概念过渡到复杂体系的分析。

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这本书的装帧设计和排版质量都堪称一流，这在学术著作中是难能可贵的。纸张的质感，图表的清晰度，都体现了出版方对内容严肃性的尊重。然而，从内容深度来看，它给我的感觉是，作者似乎故意将某些关键的数学工具或物理模型遮掩了一层薄纱，留下一个让专业人士去深究的入口，而不是直接端出全部的结论。我花了相当大的精力去理解其中关于“非整数维空间投影”的章节，那里的阐述虽然逻辑自洽，但总觉得在物理直观性上有所欠缺，仿佛作者在提醒我们：有些真理，必须先跨过数学的门槛，才能被感知。它更适合那些已经具备扎实高年级物理或数学基础的读者，对于初学者来说，可能略显门槛过高，需要搭配其他辅助教材才能完全消化其精髓。它是一扇通往更深层次结构理解的大门，但门闩需要用特定的知识钥匙才能打开。

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坦白讲，我期待在这本书中能找到一些关于材料科学前沿的实操指导，或者至少是能清晰勾勒出某种新兴材料的应用前景蓝图。然而，这本书的格局显然要更高远、更偏向于基础理论的探索。作者似乎对“应用”这个词抱持着一种审慎的距离感，他更热衷于剖析现象背后的根本驱动力。书中对对称性群论的阐述，尤其让我印象深刻，那部分的论证逻辑链条极其严密，每一步推导都像是精密的钟表齿轮在咬合，不容许一丝一毫的偏差。虽然这种深度阅读需要极大的专注力，甚至时不时需要停下来，对照着草稿纸自己演算一番，但那种智力上的满足感是无与伦比的。它不是一本可以快速翻阅消遣的书籍，它要求你付出耐心，并准备好与作者进行一场深入的、智力上的“搏斗”。读完它，我感觉自己像是刚刚爬上了一座理论的高峰，视野开阔了，但脚下是累积的思维汗水。它更多的是关于“如何思考”而不是“如何制造”。

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这本书最让我回味无穷的，是它那种对“潜在可能性”的持续探索精神。它并非在描述已知的世界，而是在描绘一个“可能存在”的世界的蓝图。作者在收尾部分，对未来材料科学可能的发展方向进行了富有洞察力的展望，但这种展望并非基于短期的技术突破，而是植根于对基本对称性和几何约束的深刻理解。他没有给出任何具体的、可立即投入生产的方案，但却为那些致力于基础研究的学者提供了无比丰富的思维矿藏。阅读体验上，它更像是一场盛大的、慢节奏的交响乐，每一个乐章都层层递进，将情绪和理解推向新的高度，直到最后的高潮——一个关于结构和谐与无限可能性的宏大宣言。这本书无疑会成为未来数十年内，理论物理和材料化学交叉领域的重要参考点，因为它教会我们：真正的创新，往往诞生于对现有规则的颠覆性理解之上。

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这本书的叙事节奏把握得非常巧妙，它避免了那种平铺直叙的教科书式陈述，反而采用了一种类似“智者对话”的口吻。作者善于在关键的理论节点设置“历史回顾”，通过回顾历史上不同学派对结构本质的争论，来烘托出当前理论的突破性。其中关于晶格缺陷与拓扑性质关联性的探讨，在我看来是全书的点睛之笔。他没有使用过于花哨的辞藻，而是用简洁、精确的语言，揭示了看似随机的“不完美”如何孕育出意想不到的宏观性质。这种对“无序中蕴含秩序”的深入挖掘，让我对自然界万物运行的内在机制有了全新的敬畏。它更像是一部关于结构哲学的论文集，而不是一本面向工程师的工具书。阅读过程中，我常常停下来思考，这种对结构本质的追问，如何能够延伸到信息理论、甚至生物系统的复杂性研究中去，作者的思维广度令人叹服。

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这本新近读到的著作，在我看来，简直像是一场穿越时空的智力探险。它并没有直接聚焦于我们日常生活中那些触手可及的物质结构，而是将读者的心智引导至一个更为宏大、更为精妙的领域。作者的笔触极其细腻，尤其在阐述那些抽象的数学原理时，他总能找到巧妙的比喻，将原本晦涩难懂的几何概念具象化。我记得其中有一章专门讨论了周期性与非周期性之间的微妙张力，作者用近乎诗意的语言描绘了晶体学中那些固有的对称性枷锁，以及打破这些枷锁后可能涌现出的全新秩序。读到这里，我仿佛置身于一个巨大的万花筒前，每一个转动都揭示出一种全新的、但又遵循着某种更高维逻辑的排列方式。他并没有直接给我们答案，而是抛出了无数引人深思的问题，迫使我们重新审视我们对“完美”和“规律”的传统认知。整本书的阅读体验，更像是一次对思维边界的拓展训练，它让你在合上书本后，看世界的方式都悄然发生了一些不易察觉的改变，仿佛眼睛被重新校准过，能捕捉到日常生活中那些被忽略的、隐藏在表象之下的结构韵律。

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