Magnetism And Structure In Functional Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer Verlag

作者:Planes, Antoni (EDT)/ Manosa, Lluis (EDT)/ Saxena, A. (EDT)

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:

价格:149

装帧:HRD

isbn号码:9783540236726

丛书系列:

图书标签:

• 磁性材料
• 功能材料
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 自旋物理
• 磁性结构
• 材料性质
• 电子结构
• 多功能材料
• 纳米材料

凝聚态物质中的量子效应与拓扑现象：前沿探索与应用展望 本书聚焦于凝聚态物理领域中极具活力和挑战性的前沿课题——强关联电子系统中的新奇量子效应以及由此催生的拓扑物质态。 旨在为高年级本科生、研究生以及相关领域的研究人员提供一个全面而深入的视角，探讨这些复杂系统中电子、晶格和自旋相互作用如何导致宏观性质的根本性转变，并展示这些基础发现向下一代功能材料和器件转化的巨大潜力。 第一部分：强关联电子系统的基础与挑战 强关联电子系统是凝聚态物理的核心难题之一，其核心在于电子间的库仑排斥作用无法被忽略，导致传统的单粒子能带理论失效。本书将从坚实的理论基础出发，系统梳理研究这些系统的关键概念和实验工具。 第一章：电子相互作用的数学描述与模型构建 本章首先回顾费米液体理论的局限性，并重点介绍描述强关联体系的Hubbard模型及其变种。我们将详细分析高维和低维Hubbard模型在不同填充因子和强耦合极限下的物理图像，包括配对机制（如磁性介导的配对）和电荷涨落的效应。此外，还将引入t-J模型作为理解高温超导体的关键框架，并探讨如何通过平均场理论（如哈特里-福克近似）及其局限性来初步理解相变。重点将放在动力学平均场理论（DMFT）的框架搭建上，阐述其如何有效地处理局域关联效应，并作为连接微观模型与宏观物性的桥梁。 第二章：电子关联驱动的相变：从莫特绝缘体到奇异金属 我们将深入探讨电子关联如何打破传统的半导体/金属分类。莫特绝缘体的形成机制是本章的核心内容，分析为什么具有奇数个电子的氧化物反而可能成为绝缘体，以及如何通过压力、掺杂或场效应诱导其向金属或超导体转变。随后，我们将转向近年来备受关注的奇异金属（Strange Metals）态。奇异金属的电阻率不遵循标准的费米液体$T^2$依赖关系，而是表现出线性的温度依赖性。我们将讨论其背后的物理机制，包括量子临界点附近的涨落、信息熵的耗散，以及与黑洞信息悖论的类比思考，为理解高温超导的“正常态”提供新的思路。 第三章：实验探针与表征技术 理解复杂电子态的关键在于先进的实验技术。本章详细介绍用于探测电子结构、激发谱和输运性质的多种手段。重点介绍角分辨光电子能谱（ARPES）在直接观测电子能带结构和赝能隙方面的威力，特别是如何用于识别非费米液体行为。同时，也将讨论中子散射在揭示磁有序和磁激发方面的独特作用，以及扫描隧道显微镜（STM）在微观尺度上解析局域电子态和电荷密度波方面的应用。 --- 第二部分：拓扑物质态的几何与物理内涵 拓扑学作为一门研究在连续形变下保持不变的几何性质的数学分支，为理解凝聚态系统中的稳定激发态提供了全新的数学语言。本部分将系统阐述拓扑物质态的基本概念、分类及其在功能材料中的实现。 第四章：拓扑绝缘体与拓扑序：从一维到三维 本章从拓扑不变量的引入开始，解释为什么某些材料的边缘态或表面态具有内在的鲁棒性，即使存在局部缺陷也无法被破坏。我们将从一维的Su-Schrieffer-Heeger (SSH) 模型和基辛格链（Kitaev Chain）开始，逐步过渡到二维的量子霍尔效应（QHE），通过陈数（Chern Number）来量化其拓扑性质。随后，深入分析三维拓扑绝缘体（TIs），讨论其由时间反演对称性保护的狄拉克表面态，以及如何利用电磁场或应变来调控其拓扑相变。 第五章：拓扑半金属与线性色散关系 拓扑半金属是拓扑物质态中一类特殊的体系，其费米能级附近存在零维的点简并（如狄拉克点或外尔点），导致电子色散关系呈现线性（类光子色散）。本章将详述狄拉克半金属（如$ ext{Cd}_3 ext{As}_2$）和外尔半金属（Weyl Semimetals）的物理特性。重点分析外尔点的产生条件（打破时间反演或空间反演对称性），以及由此导致的纵向磁电阻效应（Chiral Anomaly）这一关键的拓扑输运现象。此外，也将探讨费米弧这一独特的表面态特征在实验上的观测。 第六章：拓扑超导与马约拉纳费米子 拓扑超导是凝聚态物理中一个极富前景的领域，它结合了拓扑保护的无能隙激发态与超导电性的配对特性。本章将介绍如何构建拓扑超导态，特别是通过s-波超导与强自旋-轨道耦合体系的杂化，以及利用磁性链诱导的一维p波超导。核心内容聚焦于拓扑超导的边缘或束缚态——马约拉纳零能模（MZMs）。我们将详细讨论马约拉纳费米子的非阿贝尔统计性质，以及它们作为构建拓扑量子比特的基本单元所面临的挑战与机遇。 --- 第三部分：前沿交叉与应用展望 本部分将目光投向更广阔的交叉领域，探讨如何利用强关联效应和拓扑保护的特性来设计和制造下一代电子和自旋电子器件。 第七章：自旋电子学与拓扑磁体 强关联系统往往伴随着丰富的磁性。本章探讨如何将拓扑特性与磁性结合，例如磁性拓扑绝缘体。我们将分析反常霍尔效应（AHE）和贝里曲率在描述拓扑磁体中电子输运中的作用。重点将放在反常能谷霍尔效应（Valley Hall Effect）和反常扭转霍尔效应（Twistronics）中拓扑结构的贡献，探讨如何利用这些效应实现高效的自旋/轨道矩的产生与操控，为低功耗磁存储和逻辑器件奠定基础。 第八章：热电输运与量子信息应用 我们将在本章讨论如何利用拓扑结构和强关联效应来优化热电转换效率（ZT值）。通过调控电子态的简并度或拓扑边界态，有望在接近室温的条件下实现高效的热能收集。最后，本书将展望拓扑量子计算的未来。讨论如何利用马约拉纳零能模进行无能隙的拓扑量子门操作，强调其对环境噪声的内在免疫力，并分析当前实现全功能拓扑量子计算所面临的实际工程障碍。 本书的价值在于系统性地连接了理论模型、前沿实验发现与潜在的工程应用。它不仅深入剖析了物质在极端条件下的复杂行为，更引导读者思考如何驾驭这些量子现象，以期推动功能材料科学和信息技术的下一次飞跃。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆