Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:North Holland

作者:Karl A. Gschneidner

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:1990-09-01

价格:USD 347.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444885470

丛书系列:

图书标签:

稀土
Rare Earths
Physics
Chemistry
Materials Science
Condensed Matter Physics
Spectroscopy
Magnetism
Luminescence
Chemical Physics
Inorganic Chemistry

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具体描述

The justification for combining reports of studies of the rare earths from the disciplines of physics and chemistry can be found in the historical reliance each has had upon the other in the apprehension of these mysterious substances. This was stated in the preface to the first four volumes of the series and is even more true today. For a time, specializations thrived more or less independently but as theory has become more comprehensive it has become possible to progress towards unification of these specializations. Nowhere has this need for a unified approach been more evident than in the study of the rare earths where the insights won in one area become a vision to another resulting in the illumination of the whole. The lanthanides are particularly suited to multidisciplinary study because of the unity derived from the progressive filling of the 4f orbitals by electrons. This introduces many profound physical phenomena such as magnetism as well as the frequently subtle chemical variation that affords fine-tuning of our understanding of nature.

Volume 13 of the Handbook continues to promote this interactive approach to the science of the rare earths. Insights won from focused study of some aspect of the field are presented in critical and authoritative reviews. Some of these add important archival material of general and lasting interest. Others on topical subjects will promote new understanding of active areas.

凝聚态物理前沿探索：新型量子材料的合成、表征与应用本书聚焦于当前凝聚态物理与材料科学领域最活跃的分支——新型量子功能材料的研发与深入探究。全书以严谨的科学视角和前沿的实验技术为基础，系统梳理了从材料设计理念到宏观功能实现的全过程，旨在为高层次研究人员、博士研究生以及致力于前沿物理器件开发的工程师提供一份全面、深入且具有实践指导意义的参考手册。本书摒弃了对传统稀土元素物理化学特性的常规回顾，而是将重点完全置于超越传统框架的新型电子结构、拓扑特性和强关联体系的探索上。全书结构紧凑，分为五大部分，共计十八章，层层递进，覆盖了当前该领域研究的核心挑战与突破方向。 --- 第一部分：量子材料设计与合成策略（Design Principles and Synthesis Methodologies）本部分奠定了理解和创造新颖量子材料的理论与实践基础。核心在于超越基于经验的试错法，转向基于第一性原理计算和对称性指导的理性设计。第一章：基于密度泛函理论（DFT）的材料结构预测与电子结构工程。详细介绍了如何利用高通量计算筛选具有特定电子拓扑（如狄拉克锥、Weyl点或费米弧）的候选材料。重点讨论了如何精确处理电子间的关联效应（如Hubbard U参数的校准）以及如何通过应力场、掺杂或超晶格结构来调控能带结构，实现预期的物理性质，如高临界温度超导电性或大的磁致阻力效应。第二章：复杂氧化物异质结的界面物理学。异质结界面被视为创造“人工晶体”的温床。本章深入探讨了界面化学、晶格失配引起的应力弛豫，以及由此产生的电荷转移和界面自旋-轨道耦合（SOC）效应。通过对具有强电子关联的过渡金属氧化物（如 $ ext{LaAlO}_3/ ext{SrTiO}_3$ 系统）界面的精确界面控制技术（如脉冲激光外延 $ ext{PLD}$ 的多组分共沉积），解析了界面电荷密度波、二维电子气（2DEG）的形成机理及其对输运性能的决定性影响。第三章：原子层级可控生长技术（ALD与MBE的最新进展）。重点介绍原子层沉积（ALD）和分子束外延（MBE）在生长高质量、超薄、非化学计量薄膜方面的最新进展。特别关注了如何利用原位监测技术（如RHEED）实现对生长速率和缺陷密度的实时反馈控制，以确保薄膜的化学计量比和结晶质量达到量子效应所需的亚纳米级精度。 --- 第二部分：拓扑与强关联电子系统的实验表征（Experimental Signatures of Novel Quantum States）本部分是全书的物理核心，侧重于揭示材料内部深层次的量子序和电子行为。第四章：角分辨光电子能谱学（ARPES）在激发态分析中的应用。详细阐述了ARPES如何直接“看到”电子的动量空间分布和能量结构。重点解析了如何通过ARPES区分平带（Flat Band）、费米弧以及拓扑表面态，并讨论了低温和高磁场下激发态的动态演变，例如在强磁场下观测到的磁通量子化与朗道能级的分离。第五章：中子散射在磁性和晶格动力学研究中的地位。阐述了非弹性中子散射（INS）和磁性中子衍射（MD）如何提供关于长程磁有序、自旋波谱以及晶格振动模式（声子）的独特信息。对于强关联体系，重点分析了磁性和声子耦合（如Jahn-Teller效应）如何驱动相变和电荷/自旋密度波的形成。第六章：极端条件下的输运测量与拓扑检测。探讨了在超高压力、极低温（mK 级别）和高磁场（数十特斯拉）下对电阻率、霍尔效应和热电输运系数的精确测量技术。书中详细介绍了如何通过量子振荡测量（如Shubnikov-de Haas效应）来确定费米面几何形状和有效质量，以及如何利用非线性霍尔效应来识别手性异常（Chiral Anomaly）。 --- 第三部分：二维材料体系的维度工程（Dimensional Control in 2D Heterostructures）本部分聚焦于将物理效应压缩至二维或亚二维尺度所带来的涌现现象。第七章：扭曲双层石墨烯（TBG）及其“魔角”物理。深入分析了通过精确控制两个石墨烯层间的相对扭转角如何诱导出莫尔完美晶格（Moiré Superlattice）。重点阐述了在“魔角”（$sim 1.1^circ$）附近观察到的平带现象与电子间的强烈关联作用导致的超导态和绝缘态。第八章：范德华异质结中的能带不对齐与带隙工程。探讨了通过堆叠不同性质的二维材料（如过渡金属硫属化合物 $ ext{TMDs}$ 与石墨烯）形成异质结，实现能带的“Type-II”错位。这使得光生载流子能够被有效分离，并在界面处形成长寿命的激子态，为光电器件设计提供了新思路。第九章：机械应变调控的压电与铁电二维材料。讨论了如何利用机械应力（如PDMS基底的拉伸）来诱导二维材料产生内禀电场。解析了应变场如何极化材料的电子结构，从而实现对带隙、载流子迁移率甚至磁性的动态控制。 --- 第四部分：量子信息与功能器件原型（Quantum Information Carriers and Device Prototypes）本部分将理论与材料科学的成果转化为潜在的、具有实际应用前景的量子器件。第十章：拓扑量子比特的物理基础与实现挑战。重点研究了如何利用拓扑绝缘体或拓扑超导体中存在的非阿贝尔准粒子（Majorana Fermions）来构建抗退相干的拓扑量子比特。讨论了界面耦合、费米能级的精确定位对准化子束缚态形成的关键性。第十一章：强自旋轨道耦合体系中的自旋电子学。探讨了重金属/铁磁体异质结构中产生的强自旋霍尔效应（SHE）和反霍尔效应（AHE）。着重分析了如何利用自旋流驱动磁矩翻转（自旋转移矩 $ ext{STR}$ 与自旋轨道矩 $ ext{SOR}$），以及其在低功耗磁随机存储器（MRAM）中的应用潜力。第十二章：激发态退相干机制的动力学研究。使用超快时间分辨技术（飞秒激光泵浦-探测）来研究载流子弛豫、激子湮灭和自旋弛豫的时间尺度。分析了晶格振动、缺陷散射和电子-电子散射在限制器件性能方面的作用，为提高材料的量子相干时间提供理论依据。 --- 第五部分：计算方法与前沿模拟（Advanced Computational Methods and Simulation）本部分对当前计算物理学用于解决强关联和非平衡态问题的先进工具进行详尽的介绍。第十三章：动态平均场理论（DMFT）在强关联体系中的精确求解。详细介绍了如何将DMFT与DFT相结合（DFT+DMFT），以解决那些传统密度泛函理论无法准确描述的 Hubbard 模型类问题，如 Mott 绝缘体的转变机制。第十四章：实时间演化与非平衡态模拟。阐述了如何利用时间依赖型密度泛函理论（TD-DFT）或时间演化块对角化算法（TEBD）来模拟材料在瞬时光脉冲激发下的动态响应，预测材料的非线性光学性质和载流子输运的瞬态行为。第十五章：机器学习在材料筛选与性质预测中的集成。探讨了如何利用高维数据和神经网络来加速新型材料的数据库构建，例如预测特定晶格结构下的临界温度、带隙能量或缺陷形成能，从而显著缩短实验探索周期。第十六章至第十八章（总结与展望）：最后三章将对本书所涵盖的材料体系在能源转换（高效光伏、热电材料）、传感技术以及下一代量子计算平台中的潜在集成路线进行综合评估和展望，并指出当前研究仍面临的瓶颈问题，例如高温超导的微观机理和室温拓扑现象的稳定实现。本书的写作风格力求精确、深入，每一章节都配有丰富的图表和最新的关键文献引用，是凝聚态物理和材料科学领域研究人员提升理论深度和实验技能的必备工具书。