Functional Properties of Nanostructured Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kassing, Rainer (EDT)/ Petkov, Plamen (EDT)/ Kulisch, Wilhelm (EDT)/ Popov, Cyril (EDT)

出品人:

页数:529

译者:

出版时间:

价格:89.95

装帧:Pap

isbn号码:9781402045950

丛书系列:

图书标签:

• 纳米材料
• 功能特性
• 材料科学
• 纳米技术
• 材料工程
• 纳米结构
• 物理化学
• 表面科学
• 催化
• 传感器

深入探索新型电子器件的物理机制与材料设计 一部面向前沿研究的综述与展望 作者： 著名物理学家与材料科学家团队 出版社： 权威科学出版社 出版年份： 最新年份 --- 图书简介 《深入探索新型电子器件的物理机制与材料设计》 是一部汇集了当代凝聚态物理、半导体技术和先进材料科学领域最新研究成果的权威性专著。本书旨在为从事新一代电子器件，特别是超越传统硅基技术范畴的器件的研发、制造与理论建模的科研人员、工程师和高年级研究生提供一个全面、深入且极具前瞻性的知识框架。 本书的结构设计紧密围绕当前电子学领域面临的核心挑战——如何通过精细的材料工程和深刻的物理理解来突破冯·诺依依曼架构的能效与速度瓶颈。全书内容高度聚焦于 拓扑材料、二维材料异质结、自旋电子学 以及 新型量子效应在器件中的应用 这四大核心支柱。 第一部分：新型功能材料的基础物理学 本部分奠定了理解先进电子器件物理特性的理论基础。我们首先系统回顾了拓扑绝缘体和狄拉克/韦伊尔半金属的电子结构、拓扑不变量及其在宏观输运中的体现。重点阐述了边界态与体态之间的独特耦合机制，以及如何利用外部场（如磁场和电场）调控这些拓扑边界态的性质，使其成为高鲁棒性导电通道或自旋电流传输的基础。 随后，本书深入探讨了二维（2D）范德华异质结的构建原理和界面物理。详细分析了莫尔（Mott）周期性对电子能带结构的影响，特别是如何通过改变扭转角来诱导魔角石墨烯等系统中的关联电子效应（如超导性、Mott绝缘体行为）。对激子物理在二维材料中的增强效应进行了详尽的梳理，为开发低功耗光电子器件提供了新的视角。 第二部分：超越电荷的输运：自旋电子学与多铁性材料 本卷聚焦于利用电子的自旋自由度来实现信息存储和处理的自旋电子学。我们详细介绍了自旋轨道耦合（SOC）的强度与对称性对材料中自旋霍尔效应（SHE）和反常霍尔效应（AHE）的影响。书中提供了详尽的计算方法，用于量化动量依赖的自旋电池效应，并评估其在自旋泵送和自旋矩转移中的效率。 特别地，本书引入了磁性拓扑材料作为下一代自旋电子器件的核心候选者。通过对磁性外尔半金属的能带结构进行细致分析，阐释了如何设计具有高反向饱和磁阻（TMR）的磁隧道结（MTJ）。此外，我们还探讨了如何利用多铁性材料中的电场对磁性的耦合机制，为开发低能耗的电压控制磁随机存取存储器（MRAM）提供了新的设计路径。 第三部分：面向下一代计算的量子器件架构 本部分将理论研究与实际器件结构紧密结合，探讨了如何将上述新型材料的特性转化为可工作的高性能电子器件。 1. 隧道结与场效应晶体管（FET）： 详述了基于2D材料的垂直和平面FET的设计挑战，重点关注了短沟道效应的抑制和界面陷阱密度的控制。对于隧道器件，本书运用费米黄金法则和WKB近似，详细推导了不同势垒形状对隧道电流密度和隧穿阻隔特性的影响，特别关注了如何利用带隙工程优化隧穿势垒。 2. 拓扑量子比特与退火计算： 探讨了如何利用拓扑超导体中的马约拉纳零能模（MZMs）的非阿贝尔统计性质来实现拓扑量子计算。本书不仅概述了基于费米子配对的理论模型，还深入分析了当前实验中实现和读出MZMs所面临的噪声限制和材料兼容性问题。 3. 忆阻器与神经网络加速： 针对类脑计算的需求，本书系统地分析了基于电阻切换机制的忆阻器（ReRAM）的物理来源，包括离子迁移、缺陷动力学和界面电荷俘获。详细比较了不同物理机制忆阻器（如氧化物、相变存储器）的开关可靠性、漂移与随机性，并提出了基于非线性动力学的器件建模方法，以更好地指导人工神经网络的硬件实现。 第四部分：先进表征技术与未来展望 最后，本书强调了先进表征技术在揭示新型器件工作机理中的关键作用。我们详细介绍了角分辨光电子能谱（ARPES）、扫描隧道显微镜/光谱（STM/S） 在局域电子态和表面态分析中的应用，特别是其在分辨界面诱导的电荷转移和超导序参数方面的能力。 展望未来，本书提出了对高熵合金半导体和拓扑光子学与电子学的交叉研究方向的设想，旨在推动电子器件向更高集成度、更低功耗和更强鲁棒性的方向发展。 --- 目标读者： 从事半导体物理、材料科学、凝聚态物理的博士后及资深研究员。 负责下一代存储器、逻辑器件和量子计算硬件开发的工程师。 希望系统学习前沿电子材料物理基础的高年级硕士及博士研究生。 本书以其严谨的理论推导、对最新实验进展的精准捕捉以及对未来技术趋势的深刻洞察，必将成为该领域不可或缺的参考指南。

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