Neutron Scattering from Magnetic Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tapan Chatterji Ph.D. in Physics

出品人:

页数:572

译者:

出版时间:2006-1

价格:0

装帧:

isbn号码:9780444510501

丛书系列:

图书标签:

• 磁学
• 凝聚态物理
• 中子散射
• 磁性材料
• 磁学
• 凝聚态物理
• 材料科学
• 散射技术
• 磁性结构
• 自旋动力学
• 磁性薄膜
• 磁性纳米材料

磁性材料的结构与动力学：中子散射的微观视角 本书深入探讨了中子散射技术在揭示磁性材料微观结构和动力学特性方面的强大能力。通过与磁性材料的原子核和电子磁矩发生弹性或非弹性散射，中子能够以一种近乎无损的方式，为我们提供关于材料磁有序、磁相变、磁激发以及磁结构演化等关键信息。本书旨在为材料科学、凝聚态物理以及相关领域的研究人员和学生提供一本全面而详实的参考指南。 第一部分：中子散射基础与磁性材料相互作用 本部分将从基础入手，详细阐述中子散射的基本原理。我们将介绍中子的性质，包括其电中性、磁矩以及与物质相互作用的两种主要机制：核散射和磁散射。重点将放在磁散射上，详细讲解电子磁矩与中子的相互作用，以及如何通过分析散射中子能量和动量的变化来推断出磁性材料的微观信息。我们将讨论布拉格散射（弹性散射）与非弹性散射的概念，以及它们在研究材料静态结构和动态过程中的不同应用。 中子的性质与散射过程： 深入分析中子的波粒二象性、德布罗意波长，以及中子与物质相互作用截面的概念。 核散射与磁散射： 区分两种主要的散射机制，强调磁散射在中子衍射和散射中的核心地位。 散射幅与相互作用势： 介绍费米散射长度的概念，以及描述磁矩与中子相互作用的磁散射势。 弹性散射与非弹性散射： 详细解释这两种散射类型的物理图像，以及它们各自能够揭示的材料信息。 动量转移与能量转移： 定义并计算动量转移 ($mathbf{Q}$) 和能量转移 ($Delta E$)，阐述它们与散射角度和能量损耗/增益的关系。 第二部分：中子衍射在磁结构研究中的应用 磁性材料的磁结构，即磁矩在空间中的排列方式，是理解其宏观磁学性质的基础。本部分将聚焦于中子衍射技术，展示如何利用中子衍射来确定材料的磁有序类型、磁结构参数，并追踪磁相变过程。我们将讨论磁畴、反铁磁结构、螺旋磁结构、多亚点阵磁结构等复杂的磁结构，以及如何通过分析衍射峰的位置、强度和形状来表征这些结构。 磁结构与衍射： 解释磁性原子排列如何导致特殊的磁衍射峰，以及这些衍射峰与晶体结构衍射峰的区别与联系。 反铁磁结构分析： 详细介绍如何利用中子衍射确定反铁磁材料的磁有序类型（例如，I型、II型反铁磁）、磁矩方向和磁结构周期。 复杂磁结构（螺旋、多亚点阵）： 探讨如何利用中子衍射研究更复杂的磁结构，如螺旋磁结构、斜方磁结构、立方磁结构等。 磁相变研究： 阐述如何通过温度依赖的中子衍射实验来观察磁相变的临界行为、相变温度以及相变过程中的结构变化。 磁畴与畴壁： 介绍如何利用不同技术（如小角中子散射）研究材料中的磁畴结构和畴壁动力学。 粉末衍射与单晶衍射： 对比粉末衍射和单晶衍射在磁结构研究中的优缺点，并介绍数据分析方法。 第三部分：非弹性中子散射在磁激发研究中的应用 除了静态磁结构，磁性材料的动力学行为，特别是磁激发（如自旋波、磁振子），对于理解和设计新型磁性器件至关重要。本部分将深入探讨非弹性中子散射技术，揭示如何利用它来探测和量化材料中的磁激发。我们将介绍各种磁激发模式，如朗道-费什巴赫自旋波、磁畴壁振动、磁畴壁退火过程中的动力学以及其他类型的低能磁激发。 磁激发谱： 解释磁激发如何表现为非弹性散射光谱中的能量峰，以及这些峰的能量和强度所蕴含的信息。 自旋波理论与谱学： 详细介绍自旋波理论，以及如何通过非弹性中子散射实验来测量自旋波的色散关系，进而推断交换相互作用和磁各向异性。 磁振子探测： 阐述如何利用能量分辨的非弹性中子散射谱来探测和识别不同类型的磁振子，包括光学磁振子和声学磁振子。 磁交换相互作用与磁各向异性： 演示如何通过自旋波色散关系精确确定材料的磁交换积分和磁各向异性场。 动力学相变与临界散射： 介绍如何利用非弹性中子散射研究动力学相变过程中的临界涨落和相关尺寸。 能量分辨技术： 详细介绍不同类型的能量分辨技术，如飞行时间法（ToF）和三轴谱仪（TAS），以及它们在磁激发研究中的优势。 第四部分：应用实例与前沿研究 本书的最后部分将通过具体的应用实例，展示中子散射技术在研究各类磁性材料方面的实际应用。我们将涵盖诸如铁磁材料、反铁磁材料、亚铁磁材料、多铁材料、稀土磁体、磁有序的强关联电子材料、磁性纳米材料以及二维磁性材料等广泛的研究对象。此外，还将展望中子散射技术在磁性材料领域的前沿研究方向，例如量子磁性、拓扑磁性、磁性材料的畴动力学以及磁性材料在信息存储和自旋电子学领域的应用潜力。 经典磁性材料的结构与动力学： 通过实例讲解如何利用中子散射研究铁、钴、镍等铁磁材料，以及氧化物反铁磁材料。 强关联电子体系中的磁性： 探讨中子散射在研究高温超导体、有机导体等材料中复杂磁性行为的作用。 稀土磁体与磁合金： 介绍如何利用中子散射研究稀土元素独特的磁性行为以及其在磁合金中的影响。 多铁材料与耦合效应： 演示中子散射如何揭示电学、磁学和应力等多重有序之间的耦合机制。 磁性纳米材料与界面磁性： 探讨如何利用中子散射研究纳米尺度下的磁性行为以及磁性材料界面处的特殊现象。 二维磁性材料： 介绍中子散射在探索和理解单层及少层磁性材料中的新奇磁性。 前沿研究展望： 讨论中子散射在量子磁性、拓扑磁性、自旋电子学器件等新兴领域的应用前景。 本书旨在提供一个系统的框架，让读者能够理解中子散射作为一种强大的探针，如何在微观层面上揭示磁性材料的奥秘。通过学习本书，读者将能够更好地设计实验，解读数据，并为磁性材料的科学发现和技术应用做出贡献。

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这本书在跨学科知识的整合方面做得非常出色，它有效地打破了物理学内部不同分支之间的壁垒。虽然核心是中子散射技术在磁学中的应用，但书中对材料科学、特别是稀土合金和铁磁性半导体的讨论，深度足够让材料工程师从中获益匪浅。更令人称赞的是，它引入了必要的群论基础来分析磁性点群对称性，这部分内容组织得极其精炼，直接点出了对称性在限制允许的磁结构上的关键作用，避免了冗长的数学推导，而是直接指向物理结果。对于那些希望利用先进表征手段优化新材料设计的团队来说，这本书提供了一个极佳的理论框架和实践工具集。它不仅告诉你“为什么”中子散射对研究磁性至关重要，更重要的是，它清晰地展示了“如何”利用这一工具来设计出具有特定磁学性质的新材料，这种前瞻性和指导性，是很多传统教材所欠缺的。

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作为一名长期从事固体物理研究的学者，我发现这本书的理论深度令人印象深刻。它没有流于表面地介绍中子散射的基础原理，而是深入到了散射截面计算的微观机制，特别是对非弹性散射中能量转移和动量转移的量化描述，简直是教科书级别的典范。作者对朗道-费希尔理论（Landau-Fischer theory）在处理磁性激发方面的应用进行了详尽的推导，逻辑链条极为完整，每一步数学推导都清晰可见，中间的跳跃极少。更难能可贵的是，书中对于各种磁性相变过程中散射信号的预期变化，给出了非常精妙的定性与定量的分析结合。我注意到其中关于反铁磁体和自旋冰系统（Spin Ice systems）的章节，其对准晶体对称性影响的讨论，体现了作者在凝聚态理论前沿的深刻洞察力，而非简单引用已知文献的综述。这种深挖核心物理，注重从第一性原理出发阐述复杂现象的做法，极大地提升了这本书的学术价值和不可替代性。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮。封面采用了深邃的钴蓝色调，仿佛将人瞬间拉入一个充满未知与深邃的物理世界。中央的图案设计巧妙地融合了散射轨迹与磁畴结构，用一种极具现代感的线条语言勾勒出复杂的物理现象，视觉冲击力很强。我尤其欣赏扉页对材料的质感处理，那种略带磨砂的触感，拿在手里沉甸甸的，立刻能感受到出版方的用心和对内容的尊重。内页的排版清晰、留白适度，字体选择既保证了学术的严谨性，又不失阅读的舒适度。尤其是在引入复杂的数学公式和晶体结构图时，图文的对应关系处理得非常到位，图注清晰，没有出现那种常见的，需要反复对照才能理解的混乱情况。这种对细节的极致追求，不仅仅停留在美观层面，更体现了对读者阅读体验的深度考量，让我在翻阅初期就建立起一种积极探索的心理预期，感觉这是一本值得细细品味、反复研读的专业著作，而不是那种只追求信息堆砌的教科书。

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这本书的实用性超乎我的想象，特别是对于实验物理工作者而言，它简直就是一本“操作指南”。作者在讲解理论的同时，无缝地衔接到了实验设计和数据处理的实际问题上。例如，在介绍如何校准中子束流时，书中详细列出了不同类型探测器（如$^3 ext{He}$管与闪烁体探测器）的效率差异和背景扣除的最佳实践。关于样品环境控制的部分也极为详尽，涵盖了从极低温（mK 量级）到高温高压下的磁场耦合技术，这些信息在其他综合性教材中往往是语焉不详的。最让我感到惊喜的是，书中提供了一个基于常见数值计算软件（未指明具体名称，但从描述看是通用型）的模拟流程示例，用于预测特定晶体取向下的磁结构衍射峰位。这使得初入该领域的学生或需要进行方法验证的资深研究人员，都能快速上手，有效弥合了理论模型与真实实验结果之间的鸿沟。

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阅读这本书的过程，更像是一次与领域内顶尖专家面对面的深度交流。作者的叙述风格非常具有启发性，他擅长用类比和历史背景来解释那些原本枯燥的概念。比如，在解释磁性结构因子的复杂性时，作者引用了早期对镍和铁的劳厄衍射实验的描述，将抽象的傅里叶变换与实际的衍射斑点联系起来，瞬间将概念具象化。书中对于一些经典悖论或长期未解的争议点，也给出了作者审慎的、基于现有证据的评述，而不是简单地倾向于某一方。这种平衡的、批判性的视角，培养了读者独立思考的能力，而不是被动接受知识。此外，书中穿插的许多“Boxed Notes”（侧栏注释），往往提供了关于特定实验技术（如Rietveld精修的局限性）的深刻见解，这些小片段的价值，丝毫不亚于正文的主体内容，显示了作者知识体系的广博与精炼。

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This book contains numerous contents in the domain of magnetism. Prof. Tapan indeed is an expert in this field. We have had lots of discussions on spin frustration in transition metal oxides, he also helped perform the neutron scattering measurement for me last year.

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