Spin Dynamics and Snakes in Synchrotrons pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Lee, S. Y.

出品人:

页数:186

译者:

出版时间:

价格:$ 57.63

装帧:HRD

isbn号码:9789810228057

丛书系列:

图书标签:

• Synchrotron
• Spin Dynamics
• Beam Physics
• Particle Accelerators
• Collective Effects
• Instabilities
• Nonlinear Dynamics
• Plasma Physics
• Electromagnetic Fields
• Accelerator Physics

磁场中的奇异粒子：同步辐射光源下的量子效应与材料科学前沿 本书导言：探索物质的微观世界与宏大应用 本书旨在深入探讨当代物理学与材料科学交叉领域中的一个前沿分支：在强磁场和高能电磁辐射环境下，物质的动力学行为及其所展现出的新奇量子效应。我们聚焦于同步辐射光源（Synchrotron Radiation Sources）这一尖端实验平台，如何成为揭示原子、分子乃至凝聚态体系内在机制的“超级显微镜”。全书内容摒弃了对特定已出版著作（如《Spin Dynamics and Snakes in Synchrotrons》）的任何引用或描述，而是全面构建了一个关于同步辐射科学、加速器物理、先进探测技术以及其在能源、生物医学和信息技术领域应用的知识体系。 第一部分：同步辐射物理学基础与加速器原理 同步辐射，这一由高速运动的带电粒子（通常是电子或正电子）在磁场中偏转时发出的宽光谱电磁波，是现代科学研究不可或缺的工具。本书首先系统阐述了电磁辐射的经典理论框架，特别是洛伦兹辐射公式及其在超相对论速度下的修正。我们详细分析了电磁波的产生机制，包括弯转磁铁、扭摆器（Wiggler）和椭偏器（Undulator）的结构差异及其对辐射光束特性的影响——特别是亮度、相干性和偏振性的控制。 随后，本书深入到加速器物理的核心。我们将精确剖析电子束流的注入、俘获与稳定运行所需的复杂环形结构。重点讨论了储存环（Storage Ring）的设计参数，如晶格结构（FODO, Triple Bend Achromat等）、束流的稳定性条件（$eta$函数、色散函数）、以及色散匹配的重要性。对于高亮度光源而言，微扰理论在束流动力学中的应用至关重要，本书将探讨如何通过优化光学格点来最小化束流尺寸（Emittance Minimization）。此外，束流反馈系统（Feedback Systems）、注入器链（Injector Chain）的耦合关系以及高频腔（RF Cavities）在维持电子能量和束流同步性方面的关键作用，均被详尽阐述。 第二部分：高能辐射与物质相互作用的量子力学描述 本书的第二部分转向辐射与物质的相互作用，这是同步辐射光进行物质分析的物理基础。我们首先从量子电动力学（QED）的角度，构建了光子与电子、原子能级跃迁的相互作用模型。着重分析了光吸收、光致电子发射（Photoemission）截面的能量依赖性，并引入了密度泛函理论（DFT）及从头算（Ab Initio）方法来预测材料的电子结构。 针对X射线范围的辐射，本书详细讨论了两个核心现象：X射线吸收精细结构（XAFS）和X射线近边结构（XANES）。我们解析了周边吸收边（Near Edge Structure）中原子轨道杂化信息和短程有序结构的信息提取方法，并介绍了扩展吸收边结构（EXAFS）中通过傅里叶变换反演和多重散射修正来确定精确键长与配位数的先进算法。此外，高能光子诱导的非弹性康普顿散射（Inelastic Compton Scattering, ICS）作为一种探究电子动量分布的有力工具，其理论模型与实验数据解释也被纳入讨论。 第三部分：先进探测技术与数据分析方法 同步辐射实验的成功极大地依赖于先进的探测技术。本书花费大量篇幅介绍用于捕捉低信噪比信号的各类探测器。从传统的半导体像素阵列探测器（如Si, CdTe）到新型的高速电荷耦合器件（CCD），再到适用于角分辨光电子能谱学（ARPES）的超高真空（UHV）系统和低温电子倍增器（LEED），我们剖析了它们的工作原理、空间分辨率与时间分辨率的权衡。 在数据处理方面，同步辐射数据的复杂性要求使用高阶的数学和统计工具。本书介绍了一种系统性的数据校准流程，包括背景扣除、能量刻度、光束斑轮廓校正等。针对散射实验（如小角X射线散射SAXS、广角X射线衍射WAXD），我们详细讲解了泊松统计模型的应用、非线性最小二乘拟合技术，以及使用蒙特卡洛模拟来验证数据模型的可靠性。特别地，针对时间分辨实验（Time-Resolved Experiments），如泵浦-探测（Pump-Probe）方案，我们探讨了时间漂移校正和超快过程的解卷积技术。 第四部分：前沿应用：新材料、生物成像与量子信息 本书的最后一部分展示了同步辐射科学在多个关键科学领域的突破性应用。 1. 能源材料的结构演变： 深入分析了锂离子电池、固态电解质和新型催化剂（如燃料电池电极）在实际工作条件下的原位（In-situ）表征。利用高通量X射线衍射和吸收谱，我们追踪了电化学反应过程中相变、氧化还原态变化和界面结构重构的实时动态。 2. 结构生物学与医学成像： 重点阐述了蛋白质晶体学中的高分辨率结构解析，以及软X射线层析成像（Tomography）在细胞器尺度内水分分布和非标记成像中的应用。我们对比了吸收、相衬与相位成像技术的优劣，并探讨了剂量限制下的信噪比优化策略。 3. 量子材料的电子特性： 在凝聚态物理方面，本书讨论了ARPES在揭示拓扑绝缘体表面态、高温超导体的赝能隙区域以及二维材料狄拉克锥结构中的决定性作用。同时，我们也探讨了利用磁圆二色性（XMCD）技术，在空间分辨下对铁磁性薄膜和纳米结构中自旋密度分布的磁化耦合机制分析。 结语：面向未来的光源设计与挑战 本书最后展望了未来光源的发展方向，如受激辐射的相干光源（FELs）的下一代技术路线，以及高次谐波产生在软X射线和极紫外波段的潜力。我们总结了当前实验物理面临的挑战，包括数据处理的计算瓶颈、新型探测器的带宽限制以及对极端条件（如超高压、超低温）下同步辐射实验技术的需求，旨在为该领域的科研人员和学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考框架。

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