Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, Volume 56 (Advances in Atomic, Molecular and Opt pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Arimondo, E. (EDT)/ Berman, P. R. (EDT)/ Lin, C. C. (EDT)

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2008-11-14

价格:USD 210.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780123742902

丛书系列:

图书标签:

• Atomic Physics
• Molecular Physics
• Optical Physics
• Quantum Physics
• Physics
• Spectroscopy
• Laser Physics
• Chemical Physics
• Atomic and Molecular Data
• Plasma Physics

凝聚态物理学中的新进展：电子结构、输运现象与材料设计 （Advances in Condensed Matter Physics: Electronic Structure, Transport Phenomena, and Material Design） 导言 本卷聚焦于凝聚态物理学领域近年来取得的重大突破与前沿探索，汇集了来自全球顶尖研究机构的权威综述与最新实验发现。我们深入剖析了影响电子、晶格振动及自旋等多个自由度相互作用的关键物理机制，尤其侧重于如何利用先进的计算方法和高精度实验技术来揭示复杂材料体系中隐藏的量子效应，并指导新型功能材料的理性设计与应用开发。 本书内容结构严谨，涵盖了从基础理论框架到尖端实验技术的广泛议题，旨在为凝聚态物理学、材料科学、固态电子学以及量子信息科学的研究人员提供一份全面、深入的参考资料。 --- 第一部分：强关联电子系统的理论与模拟新范式 本部分深入探讨了在强电子关联作用下，传统微扰理论难以奏效的物理现象，并介绍了计算物理学领域为解决这些难题所发展的新工具与新方法。 1.1 拓扑绝缘体与半金属的边界态物理 拓扑材料的发现彻底改变了我们对电子能带结构的理解。本章详细回顾了拓扑绝缘体（TIs）的输运特性，重点讨论了其表面狄拉克费米子在外场作用下的独特行为，包括量子反常霍尔效应和磁电耦合效应。 此外，我们对新型拓扑材料，如Weyl半金属和Stacking-Fault-Induced TIs进行了详尽的分析。讨论聚焦于拓扑非平庸性如何通过晶格畸变或界面工程得以“唤醒”或“调控”。特别阐述了基于第一性原理计算的拓扑不变量的确定方法，以及如何利用扫描隧道显微镜（STM）直接成像其拓扑边缘态的能带结构，这对于开发基于拓扑保护的低能耗器件至关重要。 1.2 动态平均场理论（DMFT）在多轨道系统中的应用 强关联材料，如过渡金属氧化物和铁基超导体，其电子行为受限于复杂的轨道自由度和电子自旋之间的强相互作用。本章集中介绍动态平均场理论（DMFT）及其扩展形式，如局域相互作用DMFT（LOC-DMFT）和晶格DMFT（L-DMFT）。 我们详细阐述了如何将DMFT与密度泛函理论（DFT）相结合（DFT+DMFT框架），以精确计算具有多个$d$或$f$轨道的材料的激发光谱、电荷转移能和绝缘体-金属转变（Mott Transition）。案例研究包括对二价和三价镧系化合物的电子结构重构，以及揭示高温超导相图中的配对机制。 1.3 基于机器学习的材料相图预测与性质发现 随着材料数据库的爆炸式增长，计算模拟的瓶颈日益凸显。本节探讨了机器学习（ML）和深度学习（DL）方法在加速凝聚态物理研究中的潜力。 我们介绍了如何利用高斯过程回归（GPR）和神经网络（NN）来构建原子势能面，从而实现对晶格动力学和相变的快速且高精度的模拟。重点讨论了表征符（Descriptors）的构建，如原子核密度特征（ACE）和晶格拓扑指纹（SOAP），这些是连接微观结构与宏观性质的关键桥梁。最终目标是建立一个能够预测新材料（如高熵合金或复杂钙钛矿）的稳定结构、热力学性质乃至电子输运特性的AI模型。 --- 第二部分：输运现象与界面物理的精细调控 本部分关注电子、声子和自旋如何在材料内部和界面处传输，以及如何通过外部刺激或结构工程来实现对这些输运过程的精确控制。 2.1 范德华异质结中的电荷转移与激子物理 二维（2D）材料的堆叠构成了范德华异质结（vdWHs），这为电子界面的研究提供了前所未有的平台。本章侧重于层间电荷转移的机制，以及由此产生的“Moiré”超晶格效应。 我们深入分析了在不同扭转角下形成的能带耦合模式，特别是“魔角”石墨烯以外的其他二维体系（如$ ext{MoS}_2/ ext{WSe}_2$）中的激子形成、分离和寿命。实验部分展示了如何利用时间分辨光电导谱（TRPC）来追踪载流子在界面处的弛豫路径，为开发高效的光电器件提供了理论指导。 2.2 量子热电效应与声子散射工程 热电材料是实现热能与电能高效转化的关键。本章系统阐述了提高热电优值（ZT）的两个核心挑战：高电导率与低热导率的矛盾。 理论上，我们探讨了玻尔兹曼输运方程（BTE）的求解，重点关注电子-声子耦合在热输运中的作用。在材料设计方面，我们展示了如何通过纳米结构化（如量子点嵌入或晶界引入）来增强声子散射，从而有效降低晶格热导率，而对电子输运影响较小。此外，还讨论了塞贝克系数（Seebeck Coefficient）的优化策略，包括利用费米能级附近态密度峰值的工程设计。 2.3 自旋电子学中的轨道-自旋耦合效应 自旋电子学利用电子的自旋自由度进行信息存储和处理。本章关注的是在强自旋-轨道耦合（SOC）作用下，电子的运动如何被轨道（空间分布）所调制。 我们分析了Rashba和Dresselhaus效应在半导体异质结中的量化描述，以及它们如何影响自旋霍尔效应（SHE）和逆自旋霍尔效应（ISHE）的效率。实验成果集中展示了如何通过电场调控来动态改变SOC强度，从而实现对自旋电流的有效开关和操纵，这对于开发非易失性、低功耗的自旋逻辑器件具有里程碑意义。 --- 第三部分：新型量子相态的探索与表征 本部分面向凝聚态物理学的最前沿，探索了在极端条件或特殊结构下可能出现的奇异量子行为和新兴的凝聚态现象。 3.1 非厄米物理在开放系统中的体现 传统的物理学多基于厄米哈密顿量，但开放系统（与环境有能量交换）的描述需要非厄米（Non-Hermitian）理论框架。本章将非厄米物理从微观的波函数演化扩展到宏观的输运特性。 我们讨论了非厄米拓扑的概念，例如非厄米体-边界对应关系的失效与重构。重点分析了在光子晶体和声学系统中观察到的非互易（Non-reciprocal）传输现象，如单向声学/光子放大和“奇点”（Exceptional Points）的存在性，这为定向能量流控制提供了新的数学工具。 3.2 超导体的多重配对机制与非常规超导 超导电性仍然是凝聚态物理中最具挑战性的领域之一。本卷特别关注非常规超导的配对机制，如磁性或电子关联诱导的$p$波、$d$波或$ppm i p$波配对。 案例研究聚焦于铁基超导体中的嵌套费米面导致的强电子涨落，以及重费米子系统中磁性局域矩的量子临界点对超导相图的影响。此外，对二维超导薄膜在磁场下由涡旋动力学驱动的相变进行了深入的理论建模，并探讨了利用扫描超导量子干涉器件（SQUID）探测其拓扑超导可能性的实验途径。 3.3 高维量子霍尔效应与分数量子霍尔态的细节解析 对量子霍尔效应（QHE）的研究进入了更精细的层次，特别是在多层或高阶拓扑体系中。本章回顾了分数量子霍尔效应（FQHE）中复合费米子模型的最新发展，并对非阿贝尔任意子的物理性质进行了理论预测。 我们详细解析了通过调节栅极电压，如何在同一个二维电子气（2DEG）中诱导出不同填充因子的FQHE态。实验技术部分强调了准粒子激发的统计特性测量，特别是对任意子统计的判据分析，以期在拓扑量子计算中实现稳健的逻辑操作。 --- 结论与展望 本卷所涵盖的研究工作，无不体现出凝聚态物理学正在从传统的“寻找新物质”阶段，迈向“理解并设计新功能”的阶段。通过理论创新、高精度计算与尖端实验技术的紧密结合，本领域的研究正以前所未有的速度，为下一代信息技术、能源转换和量子计算奠定坚实的科学基础。本书的深度和广度，无疑将激励更多研究者投身于这一充满活力的学科前沿。

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这本书的结构安排非常巧妙，它不像有些教科书那样僵硬刻板，而是呈现出一种知识的自然流动感。我特别留意了其中关于超快激光物理的部分，作者对时间分辨技术发展的历史脉络梳理得非常清晰，从早期的锁模技术到如今飞秒、阿秒脉冲的生成，每一步的飞跃都伴随着深刻的物理洞察力。更难得的是，书中对不同研究团队的工作成果做了平衡的介绍，避免了任何一家独大的倾向，这使得读者能够更全面地了解该领域的全貌。阅读过程中，我常常停下来，在脑海中模拟那些实验场景，想象着原子在光场中被精确调控的画面。这种沉浸式的体验，很大程度上归功于作者娴熟的叙事技巧，他们能够将复杂的数学公式巧妙地融入到对物理图像的描绘中，让读者在理解“为什么”的同时，也清楚地知道“如何做”。对于希望将理论知识应用于实际科研项目的博士生来说，这本书的参考价值是无可替代的。

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这本书给我最大的震撼来自于其广阔的视野和跨学科的整合能力。它不仅仅关注于孤立的原子或分子，而是将光学工具作为桥梁，连接了量子信息、材料科学甚至生物物理学的交叉领域。例如，书中对强场电离过程中阿秒脉冲在揭示电子动力学方面的应用分析，其深度和前瞻性令人赞叹。作者不仅仅是在回顾已有的成果，更是在大胆地预测未来十年该领域可能出现的研究热点。这种前瞻性思维，对于我们制定长期研究计划至关重要。阅读过程中，我发现自己不断地在思考：“这个概念能否应用到我正在研究的特定分子体系中？” 这种启发性是无价的。排版清晰，注释详尽，尽管内容艰深，但阅读体验却保持在一个很高的水准，这无疑是编辑团队专业素养的体现。

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这是一本真正意义上的“进阶”指南。它假设你已经掌握了本科和硕士阶段的基础知识，然后直接将你领入了世界一流实验室正在探讨的问题前沿。我尤其欣赏作者们在介绍新现象时所采用的严谨的理论推导框架，他们很少使用“直觉上”或“显而易见”之类的词语来搪塞读者，而是步步为营，将每一个结论都建立在坚实的数学基础之上。这对于培养严谨的科研思维至关重要。对于那些准备申请博士后或资助项目的研究人员来说，这本书提供了一个绝佳的语料库和知识框架，可以用来论证自己研究的背景和创新性。它不是一本适合用来放松阅读的书籍，更像是一份需要全神贯注投入的智力挑战，但回报是巨大的——它会重塑你对原子、分子和光相互作用领域的理解深度。

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坦率地说，这本书的学术门槛不低，它要求读者对量子力学和电磁学有扎实的基础，但这恰恰是它的魅力所在。它拒绝敷衍，直面该领域最尖端、最棘手的难题。我个人对其中关于冷原子物理与量子模拟的章节印象最为深刻。作者们没有回避当前理论模型在描述多体系统时的局限性，反而坦诚地指出了未来需要突破的方向。这种“不完美中的追求完美”的态度，比那种将一切描述得皆大欢喜的著作更让人信服。书中的图表制作精良，数据可视化非常到位，很多复杂的能级结构和散射截面图，一目了然，极大地节省了我们自己进行图形绘制的时间。与其说这是一本读物，不如说它是一个高水平的学术研讨会，只不过这次研讨会是以印刷品的形式呈现，内容密度极高，需要反复消化。

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这本书简直是物理学界的瑰宝，内容深邃而又引人入胜。刚翻开目录，就被那些前沿的研究课题深深吸引住了。作者们显然在各自的领域有着多年的深厚积累，他们的文字不仅仅是罗列事实，更像是在构建一个宏大的理论图景。读起来需要高度集中精神，因为每一个概念的推导都环环相扣，稍不留神就会错过关键的逻辑链条。我特别欣赏它对实验细节的描述，那些精密仪器的设置和数据处理的方法，让理论不再是空中楼阁，而是有了坚实的实践支撑。这使得即便是复杂的光学现象，在作者的笔下也变得可以被触摸和理解。这本书无疑是为那些不满足于表面知识、渴望深入理解原子、分子和光相互作用的硬核研究者准备的。它不是那种快速浏览就能吸收的读物，更像是一本需要细细品味、反复研读的工具书，每一次重读都会有新的体会和发现，那种智力上的挑战和满足感是无与伦比的。

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