Spin Spirals and Charge Textures in Transition-Metal-Oxide Heterostructures pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Frano. Alex

出品人:

页数:149

译者:

出版时间:2014-6-1

价格:USD 99,99

装帧:Hardcover

isbn号码:9783319070698

丛书系列:

图书标签:

界面
凝聚态物理
Transition-Metal Oxides
Heterostructures
Spin Spirals
Charge Textures
Magnetism
Condensed Matter Physics
Materials Science
Thin Films
Electronic Structure
Spintronics

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到小美书屋

book.quotespace.org

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

具体描述

Nominated as an outstanding Ph.D. thesis by the Max Planck Institute for Solid-State Research, Stuttgart, Germany

Provides a clear summary of the properties of nickelates and cuprates, particularly useful for readers new to the field of transition-metal-oxides

Includes a detailed outline of experimental and theoretical principles of x-ray diffraction

Descriptive pictorials facilitate an intuitive understanding of the results

This thesis presents the results of resonant and non-resonant x-ray scattering experiments demonstrating the control of collective ordering phenomena in epitaxial nickel-oxide and copper-oxide based superlattices. Three outstanding results are reported: (1) LaNiO3-LaAlO3 superlattices with fewer than three consecutive NiO2 layers exhibit a novel spiral spin density wave, whereas superlattices with thicker nickel-oxide layer stacks remain paramagnetic. The magnetic transition is thus determined by the dimensionality of the electron system. The polarization plane of the spin density wave can be tuned by epitaxial strain and spatial confinement of the conduction electrons. (2) Further experiments on the same system revealed an unusual structural phase transition controlled by the overall thickness of the superlattices. The transition between uniform and twin-domain states is confined to the nickelate layers and leaves the aluminate layers unaffected. (3) Superlattices based on the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7 exhibit an incommensurate charge density wave order that is stabilized by heterointerfaces. These results suggest that interfaces can serve as a powerful tool to manipulate the interplay between spin order, charge order, and superconductivity in cuprates and other transition metal oxides.

《拓扑量子物质的织锦：新材料的探索与应用》在物质科学的宏伟画卷中，存在着一片神秘而充满活力的领域——拓扑量子物质。这片领域以其独特且非凡的物理性质，挑战着我们对物质的传统认知，并为未来的科技革命播下了希望的种子。本书《拓扑量子物质的织锦：新材料的探索与应用》正是对这一激动人心领域的深入探索，它揭示了隐藏在原子结构深处的精妙秩序，以及这些秩序如何转化为前所未有的功能。本书并非关于特定的材料系统，而是聚焦于构建和理解拓扑量子物质的通用原理和普适性方法。我们将从最基础的层面出发，剖析“拓扑性”这一抽象概念如何赋予物质独特的鲁棒性，使其能够抵抗缺陷和局域扰动，保持其固有的量子相。这种“永不改变”的特性，使得拓扑量子物质在信息存储、量子计算等领域展现出巨大的应用潜力，因为它们能够保护敏感的量子信息免受环境的干扰。书中，我们将踏上一段跨越不同物质平台的旅程，探索如何通过巧妙的设计和合成，在多种材料中“编织”出拓扑序。我们将详细讨论如何利用材料的晶体结构、电子能带的特性，以及不同材料之间的界面效应，来诱导和维持拓扑相。这其中，我们还将触及一些被广泛研究但并非本书核心的材料体系，以此来阐明普遍适用的设计理念和实验手段。例如，我们会简要回顾具有狄拉克或外尔费米子的材料，以及拓扑超导体和拓扑绝缘体，但本书的重点将放在如何从更宏观、更具通用性的角度来理解和操控这些拓扑相。特别地，本书将深入探讨“维度”在拓扑量子物质中的作用。从二维系统中的拓扑相，到三维材料中涌现的奇特现象，我们将展现如何通过控制材料的维度以及层与层之间的相互作用，来调控拓扑序的性质。我们还将讨论如何利用材料生长技术，例如外延生长、原子层沉积等，来精确地构建具有特定拓扑性质的异质结和多层结构。这些结构是实现复杂拓扑相位的关键，也是未来器件设计的基石。本书还将重点关注“界面”这一概念。在许多拓扑量子物质系统中，界面的物理性质往往扮演着至关重要的角色。我们将会详细阐述，如何利用不同材料的界面来产生受限的电子态，这些电子态可能携带着特殊的拓扑性质，并且对外界信号高度敏感。这些界面态的调控，是实现拓扑量子器件功能的核心技术之一。除了理论的深入剖析，本书同样强调实验的视角。我们将介绍用于探测和表征拓扑量子物质的先进实验技术，例如角分辨光电子能谱（ARPES）、扫描隧道显微镜（STM）、磁输运测量以及光学观测方法。这些工具帮助我们“看清”隐藏在原子尺度下的量子世界，并验证我们对拓扑相的理解。我们还会探讨如何利用这些技术来设计和优化实验，以期发现和培育新的拓扑量子材料。最后，本书将展望拓扑量子物质在未来的应用前景。从无损耗的电子传输，到高效的量子比特，再到强大的量子计算机，拓扑量子物质为我们描绘了一幅激动人心的科技蓝图。我们将讨论如何将这些基础研究成果转化为实际的器件和应用，以及在这个过程中可能遇到的挑战和机遇。我们相信，对拓扑量子物质的持续探索，将为人类社会带来深刻的技术变革，开启一个全新的量子技术时代。《拓扑量子物质的织锦：新材料的探索与应用》是一本为物理学家、材料科学家、工程师以及对前沿科学充满好奇心的读者而设计的读物。它将引导您深入了解拓扑量子物质的奥秘，激发您对新材料探索的热情，并为您打开通往未来量子技术世界的大门。

作者简介

Frano, Alex,德国马普研究所博士毕业。目前在劳伦斯伯克利国家实验室从事研究。

目录信息

1 The System: Transition Metal Oxides
and Their Heterostructures ............................. 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Transition Metal Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Crystal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Electronic Structure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 TMO Heterostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 The Technique: Resonant X-ray Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 X-ray Sources: Synchrotron Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Resonant Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Basic Principles of X-ray Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 The Interaction of Light with Matter . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.3 XAS Cross Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.4 Magnetic Scattering: Symmetry Considerations . . . . . . . 33
2.3.5 Experimental Access to Reciprocal Space . . . . . . . . . . . 39
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 The Nickelates: A Spin Density Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1 Properties of Bulk RNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.1 Electronic Configuration and the Torrance
Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.2 The MIT: Charge Disproportionation. . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1.3 AFM Order: Noncollinear Spiral. . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1.4 A SDW-Nested Fermi Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2 Properties of LNO SLs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.1 Reconstructing LNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.1 Structural Details of LNO SLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3.2 Magnetic Order in LNO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.3 Magnetic Structure of RNO Films. . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.4 Models: Collinear Versus Noncollinear Spins . . . . . . . . . 77
3.4 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4.1 Orbital Polarization Altering the Magnetic Structure . . . . 81
3.4.2 Remanent Conductance in the SDW State
and the Question of Concomitant CO . . . . . . . . . . . . . . 83
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 The Cuprates: A Charge Density Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.1 Properties of Bulk YBCO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 CDW Order in YBCO Single Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.1 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.3 CDW Order in YBCO-LCMO Heterostructures. . . . . . . . . . . . . 119
4.3.1 Properties of Heterostructured YBCO . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.2 Experimental Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.3.3 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Appendix A: The Kramers-Kronig Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Appendix B: Quantization of the Light Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Appendix C: Fermi’s Golden Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Appendix D: Mathematica Script to Analyze
Azimuthal Dependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计乍一看就让人感到一丝神秘，那种深邃的蓝色调与其中点缀的、仿佛是原子层级的微观结构图像交织在一起，立刻抓住了我的注意力。我原本是冲着这个领域内一些比较热门的、偏向于宏观物性或者应用层面的书籍去的，但《Spin Spirals and Charge Textures in Transition-Metal-Oxide Heterostructures》这本书在书架上散发出的那种纯粹的、对基础物理的执着感，让我决定翻开它。里面的内容，坦白说，对我这个习惯了从材料制备和器件性能角度切入的工程师来说，前几章简直像是在啃一块硬骨头。它没有过多地纠缠于常见的范德华异质结的堆叠顺序带来的新奇界面效应，而是径直深入到了更底层的、关于自旋密度波（SDW）和电荷密度波（CDW）如何在这种多层结构中相互耦合、甚至形成一种全新的拓扑序。我记得有一章节详细讨论了如何利用第一性原理计算来预测和解析界面处的轨道重构如何影响长程磁有序，那部分公式之密集，推导之严谨，让我不得不反复对照着图表来理解其背后的物理图像。它不像很多教科书那样试图面面俱到，而是选择了一条非常深入的路径，专注于解决“为什么在特定的应变和电子浓度下，材料会选择特定的螺旋结构”这一核心问题。这本书的真正价值，或许在于它提供了一个理解复杂氧化物界面相变的理论框架，而不是仅仅罗列实验现象。它要求读者具备扎实的量子力学和固体物理基础，否则很容易迷失在那些高维度的相图和矩阵表示中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，坦白地说，是典型的硬核物理专著风格：清晰、准确，但缺乏商业书籍的华丽感。然而，正是这种朴素，让我更加专注于其中蕴含的物理信息。我注意到，作者在讨论“电荷螺旋”与“自旋螺旋”的竞争性基态时，用了一套非常独特的、基于涨落校正的平均场理论模型。这个模型巧妙地规避了传统平均场理论在处理低维长程有序时的发散性问题，通过引入一个非局域的有效势，成功地在理论上重现了实验中观察到的非整数填充因子附近的奇异相变行为。这种理论构建的深度，让我对氧化物异质结的研究产生了全新的敬畏。它不再仅仅是简单的能带对齐问题，而是一个充满动态演化的、高度非线性的电子系统。阅读过程中，我感觉自己像是在跟随一位经验极其丰富的理论物理学家进行一次深入的“思想漫步”，他不断地抛出挑战性的假设，并用严密的数学工具来检验这些假设。这本书的难度是毋庸置疑的，但每一次攻克一个概念的成就感，都远超阅读十本科普读物所能带来的满足。

评分☆☆☆☆☆

我从一个材料科学家的角度来审视这本书，发现它对“异质结”的理解远超传统的界面应力或晶格失配范畴。它将界面视为一个动态的、电子高度耦合的“量子平台”，在这个平台上，原本在体相中稳定存在的电子态（如反铁磁性或电荷有序）会被强制扭曲、旋转，甚至产生全新的拓扑激元。书中详细阐述了如何利用X射线吸收谱（XAS）和磁圆二色性（XMCD）数据来反演这些亚原子尺度的磁结构和电荷纹理，而这部分内容结合了实验观测和理论模型的双重视角。这种跨学科的叙事方式非常吸引人，它既对实验工作者提出了更高的分析要求，也为理论工作者指明了哪些物理信号是真正的“黄金靶点”。如果说市面上很多书籍侧重于描述“我们做了什么”，那么这本书更侧重于剖析“我们为什么会看到这样的结果，以及这背后隐藏着什么样的基本原理”。它对多轨道物理和强关联效应的讨论非常透彻，尤其是在涉及$3d$过渡金属氧化物时，这种复杂性被展现得淋漓尽致。

评分☆☆☆☆☆

我花了整整一个周末才勉强啃完了关于“非共面磁性耦合”的那一章，坦率地说，这本书的写作风格极其学术化，缺乏那种引导性的、口语化的解释，更像是一本经过严格同行评审的深度综述集。它仿佛直接把实验室最前沿的、尚未完全普及的概念，用最精炼的数学语言呈现了出来。举个例子，书中对于如何通过辛几何的方法来描述电荷和自旋纹理的非阿贝尔（non-Abelian）拓扑荷，那部分的论述之精妙，简直是教科书级别的典范，但对于初学者而言，无疑是高耸入云。我尤其欣赏作者在分析界面电子行为时，那种对对称性破缺的执着。他们似乎总是能找到那个关键的、能解释宏观现象的微观约束条件。这本书的参考文献列表之庞大和前沿，也侧面印证了其内容的深度——它引用的很多都是近两三年内发表在顶级期刊上的工作，显示出作者是真正身处科研前沿的。如果你期望这本书能告诉你如何快速制备出高性能的存储器或晶体管，你可能会失望；但如果你想知道为什么这些器件会以现在的方式运行，并想知道未来可能出现的、尚未被人类预见的电子态，那么这本书无疑是你的“圣经”。它需要的不是快速阅读，而是沉浸式的、带着笔和草稿纸的长期研究。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的最深刻印象，是它对“相工程”（Phase Engineering）的极致追求。它不仅仅是在讨论自旋和电荷的静态排列，更是在探讨如何通过外部调控（如电场、光照或异质结界面本身）来驱动这些螺旋结构发生拓扑转换。其中对“斯格明子”（Skyrmions）在二维氧化物薄膜中稳定性的讨论，结合了非线性薛定谔方程和畴壁动力学，给出了一个非常清晰的、可用于设计自旋电子器件的蓝图——尽管这个蓝图的实现难度极高。阅读完后，我不再仅仅将这些氧化物看作是简单的半导体或绝缘体，而是一个充满潜力的、可以被“编程”的电子材料。这本书的结论部分非常引人深思，它展望了在室温下稳定这些复杂磁电耦合态的可能性，并指出了当前理论模型在处理多重竞争自由度时的局限性。这鼓励了我重新审视手头的实验数据，试着去寻找那些可能被我们忽略的、由微小螺旋结构引起的、但对整体性能有决定性影响的“纹理信号”。这是一本真正能改变你研究视角的前沿著作。

评分☆☆☆☆☆