Statistical Physics of Crystals and Liquids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Wallace, Duane C.

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:

价格:29

装帧:Pap

isbn号码:9789812381132

丛书系列:

图书标签:

• Statistical Physics
• Condensed Matter Physics
• Crystals
• Liquids
• Phase Transitions
• Thermodynamics
• Non-equilibrium Statistical Mechanics
• Solid State Physics
• Materials Science
• Intermolecular Forces

凝聚态物理学：材料、结构与性质的深度探索 本书《凝聚态物理学：材料、结构与性质的深度探索》是一部全面且深入探讨凝聚态物质内部奥秘的专著。它聚焦于宏观物质形态——固体、液体、以及介于两者之间的复杂系统——从微观的原子和电子相互作用出发，构建起对宏观物理性质的理解框架。本书旨在为高年级本科生、研究生以及从事材料科学、凝聚态物理、化学物理等领域研究的科研人员提供一个严谨而富有洞察力的学习资源。 第一部分：晶体结构的几何与对称性（Crystallography: Geometry and Symmetry） 本部分是理解凝聚态物质基础的基石，着重于固体材料的有序性。我们从晶格几何开始，详细阐述了布拉维点阵、晶胞的概念及其数学描述。重点剖析了密堆积结构（如面心立方和六方最密堆积）的形成机制及其在实际晶体中的体现。 随后，本书深入探讨了晶体的对称性，这是描述固体性质的决定性因素。通过群论的工具，我们系统地分类和分析了原子排列和晶体结构所具有的旋转、反射、反演和滑移操作。我们详细介绍了施密特符号（Schoenflies Symbols）和国际晶体学表（International Tables for Crystallography）的使用方法，并解释了空间群如何决定了材料的宏观物理特性，例如压电性、铁电性和光学活性。对缺陷结构，如点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的形成、运动及其对材料力学性能和扩散过程的影响，进行了详尽的论述。 第二部分：电子结构与能带理论（Electronic Structure and Band Theory） 本部分将研究的视角从原子排列转向了构成物质的电子。在这一章中，我们将周期性晶格的势场对电子行为的影响作为核心。从薛定谔方程在周期势中的求解出发，本书详细推导了布洛赫定理，这是理解半导体和导体物理性质的关键。 能带理论的构建是本部分的核心内容。我们清晰地展示了如何从实空间中的周期势映射到倒易空间中的电子能量谱——能带结构。重点讨论了布里渊区（Brillouin Zone）的概念、费米面（Fermi Surface）的几何意义，以及不同能带结构（如导体、绝缘体和半导体）的分类标准。特别是对半导体材料，我们深入分析了本征半导体和掺杂半导体的载流子输运机制、有效质量的概念以及pn结的形成与特性。此外，本书还引入了紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）等实用的计算模型，用以分析具有复杂结构的材料的电子态。 第三部分：晶格振动与热力学性质（Lattice Vibrations and Thermodynamic Properties） 凝聚态物质的集体激发是理解其热学、声学和光学性质的基础。本部分全面阐述了晶格振动的动力学理论。 从一维理想链的声学和光学支开始，我们将理论推广到三维晶体。详细推导了声子（Phonons）的概念，将其视为晶格振动的量子化模式。声子谱（Dispersion Relation）的计算及其在倒易空间中的分布被详细分析。重点讨论了声子在固体中的散射机制，包括声子-声子散射（Umklapp过程）、声子-电子散射和声子-缺陷散射，这些机制直接决定了材料的电导率和热导率。 在热力学方面，本书利用声子气体模型，推导了德拜（Debye）模型和爱因斯坦（Einstein）模型的比热容公式，并将其与实验结果进行对比。我们还探讨了晶格的热膨胀、弹性模量以及声速与晶格常数的关系。 第四部分：磁性物质的微观起源（Microscopic Origins of Magnetic Materials） 本部分聚焦于凝聚态物质中与电子自旋相关的现象——磁性。从朗之万（Langevin）顺磁理论出发，本书构建了对宏观磁化强度的基本理解。 核心内容集中于磁性的微观起源。我们详细分析了电子的轨道角动量和自旋角动量对磁性的贡献。重点阐述了经典铁磁性理论——平均场理论（Mean-Field Theory）和布洛赫（Bloch）的分子场理论，用以解释铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的产生。此外，对交换相互作用（Exchange Interaction）的量子力学解释，以及它如何导致长程磁有序（如居里温度）进行了深入的探讨。磁畴结构、磁滞回线以及磁性材料在外部磁场下的响应机制也被详细描述。 第五部分：有序与无序的液体系统（Ordered and Disordered Liquid Systems） 虽然本书的早期部分侧重于固体的晶体结构，但本部分扩展到描述具有中程有序或无序的液体状态。 我们首先从液体的基本热力学出发，讨论了液体的结构特征，强调了径向分布函数（Radial Distribution Function, RDF）在描述液体内部原子间距分布中的关键作用。液体结构与固体的晶体结构之间的连续性被系统地探讨。 随后，我们深入研究了液晶（Liquid Crystals）的独特相态。液晶的介观有序性是其区别于传统液体和固体的关键。本书分类介绍了向列相、层列相和胆甾相的微观分子排列特征，以及这些特性如何导致各向异性的光学和电学行为。对液晶显示技术中涉及的宏观物理效应，如扭曲向列相（TN）和垂直取向相（VA）的物理原理进行了阐述。 第六部分：超导电性——宏观量子现象（Superconductivity: A Macroscopic Quantum Phenomenon） 本部分将探讨凝聚态物理中最引人注目的现象之一：超导电性。我们将从零电阻和完全抗磁性（迈斯纳效应）的宏观现象引入。 理论上，我们从布洛赫理论在零电阻下的失效出发，引入BCS理论的核心概念。BCS理论的推导是本部分的重点，解释了电子-声子相互作用如何导致库珀对（Cooper Pairs）的形成。我们详细讨论了超导能隙、超导转变温度的意义，以及相干长度和伦敦穿透深度等关键参数。最后，本书介绍了Ginzburg-Landau唯象理论，用以描述第二类超导体在磁场下的行为，并简要回顾了高温超导体的最新进展及其挑战。 全书结构严谨，逻辑清晰，旨在提供一个跨越多个物理子领域的统一视角，帮助读者掌握凝聚态物质从结构到性质的深层物理原理。

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