Emerging Nanoelectronics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Ionescu, Adrian M. (EDT)/ Banerjee, Kaustav (EDT)

出品人:

页数:600

译者:

出版时间:

价格:$ 395.50

装帧:HRD

isbn号码:9781402079177

丛书系列:

图书标签:

纳米电子学
新兴技术
电子器件
纳米材料
半导体
物理学
材料科学
电子工程
纳米技术
未来电子

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具体描述

Emerging Nanoelectronics: Life with and after CMOS contains material and envisioned evolutions concerning limits forseen for CMOS technology, single electron devices and circuits, hybrid CMOS-SET circuit architecture and other novel devices and circuits operating with a few electrons. An engineering, practical point of view is systematically followed. Topics include: Volume 1 * Fundamental CMOS Scaling Limits - Bio-Nanotechnology Volume 2 * Few Electron Devices - Millipede Nanotechnology for Data Storage Volume 3 * Nano-Scale Circuits and Architectures - Nanophotonics Emerging Nanoelectronics: Life with and after CMOS is written for students, researchers and professionals of engineering and science, practicing engineers, physicists and venture capitalists. "This book will give you a wonderful overview and state of the art of the many possible options, which exist to extend microelectronics into nanoelectronics I firmly believe that even though standard planar CMOS will eventually hit the wall, we will find solutions to take us another 30 years down the road, and lead to equally impressive achievements. This is an exciting time with many promising alternative solutions. Many new ideas and even a few old ones are being put on the table, researched, contemplated and prototyped. In the following pages you can read about these new developments in nanoelectronics" Christopher Wasshuber, Texas Instruments ."very well organized to provide insights in a seamless transition, from yesterday's micro-electronics, to tomorrow's nano-electronics--invaluable for graduate students and professionals." .Shekhar Borkar, Intel Fellow ''The editors have pulled together an exceptional collection of papersthat provides a broad perspective on where electronics technology is, what the issues are, and that identifies the promise that exists.'' ..Professor Mark Lundstrom, Purdue University ''A timely and useful compendium of reference papers on nanoelectronics.'' ..Chenming Hu, CTO, TSMC "A timely collection of seminal papers in the nanoelectronics area." ..H.-S. Philip Wong, IBM T.J. Watson Research Center

深入探讨当代材料科学与工程的前沿突破：《高维拓扑材料的量子输运与界面效应》图书简介在二十一世纪的材料科学图景中，对新颖物质形态及其潜在应用潜力的探索从未停歇。本书《高维拓扑材料的量子输运与界面效应》聚焦于当前凝聚态物理和材料工程领域中最具颠覆性的研究热点之一：拓扑材料。它并非简单地罗列现有知识，而是深入剖析了这些奇异材料在量子尺度下，如何展现出超越传统能带理论的独特物理行为，以及这些行为在构建下一代高性能电子器件中的关键作用。本书的结构经过精心设计，旨在为物理学、材料科学、电子工程及相关领域的资深研究人员、博士后学者及高年级研究生提供一个全面且深入的理论框架和实验视角。全书共分为六大部分，层层递进，从基础理论构建到前沿应用展望，勾勒出拓扑材料研究的全貌。 --- 第一部分：拓扑物态的数学与物理基石 (The Mathematical and Physical Foundations of Topological States) 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础。它不再重复介绍传统的能带理论和晶体对称性，而是直接切入拓扑概念的核心。 1.1 拓扑不变量的数学抽象：详细阐述了布里渊区上的拓扑荷（如陈数、第二陈数、狄拉克指数）是如何被定义和计算的。特别强调了在非厄米系统和时间反演破缺体系中，拓扑不变量的推广与修正，包括如何利用 Berry 几何相位来解释霍尔效应的量子化。 1.2 拓扑绝缘体与半金属的分类：本章超越了最基础的 $mathbb{Z}_2$ 拓扑绝缘体范畴，深入探讨了高阶拓扑材料（Higher-Order Topological Insulators, HOTIs）的存在性判据，如基于晶格对称性的“铰链”和“角点”模式。同时，对狄拉克、外尔以及最近发现的奈尔（Nodal-line/Net）半金属的能带结构进行精细的能带计算方法解析，包括使用第一性原理计算中的对称性保护机制。 1.3 拓扑相变与临界现象：探讨了在外部调控（如压力、磁场、掺杂）下，系统如何跨越拓扑相变点。重点分析了拓扑量子临界点的特征，以及涨落效应在高维拓扑系统中的表现。 --- 第二部分：界面与边界的物理学 (Physics of Interfaces and Boundaries) 拓扑材料的真正价值往往体现在其边界态上。本部分是本书的核心，着重分析了拓扑保护的表面态、边缘态和涡旋态。 2.1 拓扑保护的边界态的鲁棒性：详细论述了由空间对称性（如时间反演对称性或粒子空穴对称性）所保护的边界态的非平凡特性。通过散射理论和格林函数方法，量化了环境散射和晶格缺陷对这些态的破坏阈值，证明了其“拓扑保护”的真正含义。 2.2 磁性拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应 (QAHE)：深入探讨了通过引入磁性元素或磁性有序来打破时间反演对称性后，系统如何实现 QAHE。本书提供了关于如何通过界面工程来稳定高温下的 QAHE 边缘导电性的先进模型，并对比了分子束外延（MBE）生长与化学气相沉积（CVD）方法在界面控制上的优劣。 2.3 拓扑异质结的构建与界面态：专门开辟一章讨论拓扑绝缘体与普通材料（如铁磁体、超导体）形成的异质结。分析了这种界面处可能出现的迈斯纳-阿列夫（Majorana-Aleph）边界模式，以及如何利用界面电荷转移来调控狄拉克锥的狄拉克点位置。 --- 第三部分：量子输运机制的拓扑修正 (Topological Modifications to Quantum Transport) 本部分将理论与实际输运测量紧密结合，重点关注传统输运理论在拓扑材料中失效或需要修正的领域。 3.1 非寻常霍尔效应 (NHE) 的起源：详细解析了拓扑材料中主要的非寻常霍尔效应贡献者：内在霍尔效应（Intrinsic Hall Effect，基于 Berry 曲率）和侧向运动（Side-Jump Effect）。通过量子玻尔兹曼方程，推导了在不同散射机制下，横向电导率的拓扑修正项。 3.2 拓扑材料中的自旋-电荷转换：探讨了由时间反演对称性破缺导致的强大自旋霍尔效应（SHE）和普通电子材料中难以实现的强烈的自旋-动量锁定。重点分析了外尔费米子激发出的自旋流如何应用于自旋电子学器件。 3.3 拓扑超导体的应用潜力：讨论了如何通过将拓扑材料与传统超导体结合，在界面上诱导出 Majorana 费米子。书中提供了对扫描隧道显微镜（STM）光谱中零偏置电导峰（ZBCP）的严格分析方法，以区分真正的拓扑边界态和非拓扑零能模。 --- 第四部分：高维拓扑材料的制备与表征技术 (Fabrication and Characterization Techniques) 高质量的实验是验证拓扑理论的关键。本部分聚焦于前沿的制备技术和先进的表征手段。 4.1 复杂晶体生长的精确控制：详细介绍了用于生长高质量单晶拓扑材料（如碲化铋族、锑化物及新型氧化物拓扑体）的分子束外延（MBE）系统参数优化，特别是温度梯度、源原子流速对缺陷密度和表面重构的影响。 4.2 原位（In-Situ）表征技术：阐述了利用同步辐射光源进行的光电子能谱（ARPES）的最新进展，包括如何利用圆偏振光来直接探测表面态的自旋极化。同时，探讨了中子散射技术在确定磁性拓扑材料内部磁序和晶格振动模式中的不可替代性。 4.3 输运测量的噪声分析：介绍了如何通过分析电子输运过程中的高频噪声（如 Fano 因子、低频 $1/f$ 噪声）来区分拓扑表面导电和体导电的相对贡献，这对于分离和准确测量微弱的拓扑信号至关重要。 --- 第五部分：拓扑材料在信息技术中的前瞻性应用 (Prospective Applications in Information Technology) 本部分超越了基础研究，探讨了拓扑材料在解决当前电子学面临的瓶颈问题上的潜力。 5.1 极低功耗逻辑器件：分析了基于拓扑绝缘体的场效应晶体管（FET）的能效潜力，重点讨论了如何利用拓扑边界态的无散射特性来降低亚阈值斜率，并讨论了其在避免热耗散方面的优势。 5.2 量子计算元件的候选者：聚焦于 Majorana 费米子在拓扑量子计算中的应用。书中对“非阿贝尔统计”的实验验证路径进行了深入评估，并比较了基于一维纳米线结构与二维异质结结构实现 Majorana 模式的优缺点和工程挑战。 5.3 拓扑传感器的发展方向：探讨了拓扑材料对磁场、应变和电荷的极端敏感性如何转化为高灵敏度传感器。特别是利用拓扑材料中的手性量子反常霍尔效应构建抗噪能力极强的磁传感器。 --- 第六部分：拓扑物理学的未来挑战与交叉领域 (Future Challenges and Interdisciplinary Frontiers) 6.1 非厄米拓扑系统的扩展：探讨了在非平衡系统中，拓扑概念如何扩展以描述增益/损耗平衡的系统（如光子、声子和电子系统），以及这种扩展如何影响输运和稳定性。 6.2 拓扑材料的机械耦合与可塑性：研究了机械形变对拓扑属性的影响，包括应变诱导的拓扑相变和软物质中的拓扑态。 6.3 理论预测与高通量计算的结合：总结了机器学习和密度泛函理论（DFT）如何加速新奇拓扑材料（如拓扑超导体和拓扑量子液体）的预测和筛选工作，以期指导实验合成的方向。《高维拓扑材料的量子输运与界面效应》是一部面向深度研究的专著，其深度和广度旨在推动研究人员从“发现拓扑材料”迈向“精确调控和应用拓扑现象”的关键一步。它避免了对已有基础知识的重复描述，而是将核心篇幅用于解析现代前沿实验中遇到的复杂物理难题。