Theoretical Solid State Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Dover Pubns

作者:Jones, William/ March, Norman H.

出品人:

页数:1301

译者:

出版时间:

价格:24.95

装帧:Pap

isbn号码:9780486650166

丛书系列:

图书标签:

• 量子力学7
• 固体物理
• 理论物理
• 凝聚态物理
• 量子力学
• 材料物理
• 晶体结构
• 能带理论
• 电子态
• 物理学
• 学术著作

理论固体物理学：前沿与应用 图书简介 本书旨在为固体物理学领域的研究者、高级本科生及研究生提供一个全面而深入的理论框架，重点关注当代物理学的前沿研究方向与实际应用。它并非对经典理论的简单重复，而是将传统的量子力学、统计物理学与凝聚态物理学的核心概念，置于现代计算方法、新材料发现以及复杂系统研究的背景下进行阐释。 本书的结构设计，旨在引导读者从基础概念平稳过渡到尖端课题，确保读者不仅掌握“如何计算”，更能理解“为何如此”以及“其意义何在”。我们摒弃了传统教材中侧重于简单晶格模型（如德鲁德模型或自由电子模型）的冗长铺陈，转而将精力集中于处理更具挑战性、更能反映当代物理学研究热点的领域。 第一部分：基础概念的现代诠释 本部分首先回顾了晶体结构、布拉菲点阵和倒易空间的必要知识，但着重于利用群论和对称性分析来系统地构建电子能带结构。我们深入探讨了布洛赫定理在拓扑绝缘体和半金属中的推广应用，强调了对称性保护的拓扑性质。不同于传统教材中仅在后期引入的紧束缚近似，本书在早期就将其作为理解复杂晶格（如蜂窝状结构或 Kagome 点阵）电子态的有力工具，并结合第一性原理计算方法（如密度泛函理论，DFT）的实际操作限制与高阶修正（如 $GW$ 近似），为后续的计算物理章节打下坚实基础。 第二部分：强关联系统的理论挑战 凝聚态物理的核心挑战之一在于强关联效应。本书将大量的篇幅投入到处理电子间的库仑相互作用上。我们详细分析了简化的哈伯德模型，但核心讨论集中于如何通过数值重整化群（DMRG）和蒙特卡洛方法来克服“符号问题”，以研究一维和准一维系统中的量子相变。对于高维系统，我们引入了平均场理论的局限性，并详细阐述了介观尺度的场论方法，包括非厄米哈密顿量在描述开放系统时的重要性。这一部分特别关注于如何利用先进的统计物理技术来处理高温超导和量子磁性中的关联效应。 第三部分：拓扑物理与新型物态 这是本书的前沿核心部分。我们不再将拓扑概念视为对布洛赫能带理论的附加修正，而是将其视为描述材料性质的根本性语言。详细讲解了拓扑不变量（如陈数和 $mathbb{Z}_2$ 拓扑不变量）的物理意义及其在不同维度中的分类。重点剖析了拓扑半金属（如狄拉克和外尔半金属）的线性色散关系、手性反常以及零能边界态的性质。此外，本书还深入探讨了拓扑超导体的理论基础，以及如何利用磁通量和自旋轨道耦合来诱导非平庸的拓扑相。 第四部分：凝聚态系统的动力学与输运 本部分关注于电子和准粒子在实际材料中的输运行为，从统计力学的角度重新审视了玻尔兹曼方程的局限性。我们将重点放在量子输运现象，如量子霍尔效应的精确量子力学描述，以及自旋电子学中自旋流的产生和调控。一个重要的章节专门探讨了声子-电子相互作用在热输运中的作用，并引入了非平衡态的理论工具，例如朗之万动力学和求解薛定谔方程的 time-dependent DFT（TDDFT），用于描述材料在强激光场下的响应。 第五部分：计算方法与前沿实验的桥梁 认识到现代固体物理研究的实验性依赖于精确的理论预测，本书最后一部分聚焦于计算工具箱。我们详细介绍了平面波基组和赝势方法在标准 DFT 计算中的应用，并扩展到更精确的许多体微扰理论（MBPT），特别是 $GW$ 方法和贝特-沙皮尔（Bethe-Salpeter）方程在计算激子和光学性质中的应用。本书强调了利用高效率的并行计算架构（如 GPU 加速）来处理数千个原子的复杂系统，并指导读者如何将理论预测（如态密度、能带结构）与角分辨光电子能谱（ARPES）和扫描隧道显微镜（STM）的实验数据进行定量比对和解释。 目标读者与特点 本书假定读者已具备扎实的量子力学和统计物理基础。其特点在于： 1. 聚焦前沿：避免对已成熟的经典内容作过多赘述，直接切入现代研究热点。 2. 计算导向：理论推导与数值模拟和计算物理方法紧密结合。 3. 跨学科视野：系统性地连接了材料科学、拓扑物理和量子信息等领域。 本书旨在培养读者对复杂多体系统进行批判性分析和建模的能力，为他们未来在学术界或工业界（如半导体器件、能源材料、量子计算硬件）的深入研究做好充分准备。

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我必须承认，这本书的难度系数绝对是五颗星的“硬核”级别。它不是那种可以让你在通勤路上轻松翻阅的读物，它需要你全神贯注，最好是备着笔和草稿纸，时刻准备好与作者进行一场关于量子场论在凝聚态物理中应用的“辩论”。特别是关于磁性理论的部分，当涉及到用哈密顿量描述各种磁有序态时，那种抽象的代数结构和物理图像的交织，让人既感到头痛又感到兴奋。我曾经尝试在阅读过程中跳过一些复杂的数学推导，结果发现后面的物理结论根本无法自洽地理解。这本书的作者似乎有一种近乎偏执的追求，那就是“每一个结论都必须有清晰的、可追溯的理论根源”。这对于那些希望真正掌握固体物理“底层逻辑”的人来说，简直是福音。它对各种近似方法的优缺点分析得极其透彻，比如，它会明确指出，为什么在描述强关联电子系统时，标准的单粒子理论会彻底失效，以及如何引入更复杂的手段来克服这一局限。阅读这本书，就像是攀登一座知识的高峰，每爬升一段，视野就开阔一分，但过程中的艰辛不言而喻。

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说实话，如果不是因为研究方向的需要，我可能不会主动选择这样一本内容“重量级”的书籍。然而，一旦开始阅读，我发现它在处理电子能带结构方面展现出的那种系统性思维是无与伦比的。它不只是简单地展示了几个能带图，而是从晶体动量空间（k空间）的几何特性出发，一步步构建起整个能带理论的逻辑大厦。从最基础的倒易空间概念，到后来的布里万周期性对电子行为的深刻影响，作者的叙述充满了层次感。我最喜欢它讨论金属-绝缘体转变的部分，尤其是对莫特绝缘体的分析，这本书没有满足于停留在描述性的层面，而是深入探讨了电子-电子相互作用在驱动这种转变中的核心作用。这种“追本溯源”的写作风格，让我对半导体物理中那些习以为常的概念，如有效质量和间隙宽度，产生了全新的认识。它迫使你思考：这些我们默认存在的物理量，其深层物理基础究竟是什么？这本书不提供捷径，它要求读者付出相应的努力，但它所回报给读者的，是扎实的理论功底和洞察复杂系统的能力。

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这本《理论固体物理学》的厚重感和内容深度，简直是教科书中的“硬菜”。我作为一名苦哈哈的理论物理研究生，手头堆了不少教材，但这本书的编排方式，尤其是对费米液体理论和磁性理论的阐述，简直是醍醐灌顶。首先，它对布洛赫定理的讨论极其详尽，从数学推导的严谨性到物理图像的直观性，都达到了一个极高的平衡点。我记得我之前看的某本经典教材，在处理周期势下的电子行为时，总是过于侧重于数学技巧的展示，而忽略了其背后的物理意义，读起来晦涩难懂，仿佛在啃一块没有调味的干面包。然而，这本书不同，它似乎深谙如何将高深的数学概念“翻译”成可以理解的物理语言。特别是它在引入紧束缚模型和近自由电子模型时的过渡自然流畅，让人感觉这两种看似不同的近似方法，其实是探索同一片理论大陆的不同路径。我尤其欣赏作者在处理相变问题时所展现的洞察力，那些关于长程有序和短程关联的讨论，总能让人对材料的宏观性质产生更深刻的联想。这本书的价值，不在于它提供了多少现成的公式，而在于它构建了一个坚实的理论框架，让读者能够自己去推导和理解那些复杂的物理现象。

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老实说，我买这本书完全是冲着它的名字里那个“理论”二字去的，毕竟现在市面上的很多固体物理教材，要么过于偏向实验现象的罗列，要么就是纯粹的数学应用题集合。这本书则精准地踩在了那个微妙的平衡点上，它不满足于仅仅描述晶体结构，而是深入到电子、晶格振动和磁矩之间那些错综复杂的量子力学纠缠之中。我花了整整一个暑假来啃这本书中关于声子理论和晶格动力学的章节，那部分内容简直是一场智力上的马拉松。作者对弹性理论和晶格振动的耦合处理，精妙绝伦。它没有回避复杂性，而是迎难而上，比如在处理德拜模型和爱因斯坦模型时，它不仅给出了数学表达式，更重要的是，它清晰地解释了为何在不同温度极限下，这些模型会呈现出截然不同的比热行为。这种对物理直觉的培养，远比死记硬背公式来得重要。我记得有一次在解决一个关于非谐性振动的半定量问题时，我卡住了很久，翻阅了这本书的特定章节后，作者对“平均场”近似的讨论，一下子点亮了我的思路。这本书的深度足以支撑博士阶段的研究，但其清晰的脉络又不会让本科高年级学生望而却步。

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这本书在处理晶格振动与电子相互作用的耦合项时，达到了一个令人惊叹的高度，这通常是很多教材中一笔带过或者处理得比较肤浅的部分。作者在这里投入了大量的笔墨，详尽地阐述了电子-声子耦合如何影响材料的电阻、热电效应乃至超导电性。我特别关注了它对微扰论在这些复杂系统中应用的讨论，作者不仅给出了展开式，还非常审慎地讨论了每一项微扰在物理意义上的贡献和适用范围。这对于我目前正在进行的小极化子理论研究非常有帮助。这本书的排版和图示也值得称赞，虽然内容本身非常密集，但作者通过精心设计的图表，成功地将三维空间中的晶格结构和倒易空间中的费米面演化清晰地展示出来。我甚至觉得，这本书与其说是一本教材，不如说是一本浓缩的、高度提炼的固体物理前沿研究手册。它没有过多地介绍最新的实验成果，而是致力于打磨那些指导未来研究方向的理论工具。对于任何想要在凝聚态物理领域深耕下去的人来说，这本书是不可或缺的理论基石。

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