Electronic Structure and Magneto-Optical Properties of Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Netherlands

作者:Victor Antonov

出品人:

页数:543

译者:

出版时间:2009-12-28

价格:USD 279.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789048165414

丛书系列:

图书标签:

• 固体物理
• 电子结构
• 磁光效应
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 光学性质
• 磁性材料
• 计算物理
• 能带理论
• 量子力学

材料科学的基石：电子结构与磁光性质的深度探索 本书并非一本关于“电子结构与磁光性质的固体”的浅显读物，而是旨在为读者构建一个理解物质微观世界运作机制的坚实框架，从而深入洞察材料在光与磁相互作用下的复杂行为。我们关注的重点在于揭示材料内部电子的排布、能量状态以及这些微观特征如何决定宏观的光学和磁学特性，特别是当这些特性受到外部磁场调控时所展现出的迷人现象。 电子结构：量子世界的精密图景 理解材料的电子结构，就是理解其构成原子的电子如何围绕原子核运动，它们占据什么样的能量轨道，以及这些轨道如何相互作用形成能带。本书将从量子力学的基本原理出发，系统阐述计算电子结构的方法。我们将深入探讨： 原子轨道与分子轨道理论： 从单个原子的电子排布，到原子之间形成化学键时电子的重新分配，理解分子轨道如何影响材料的电子特性。 晶体结构与能带理论： 固体材料的周期性晶体结构是其宏观性质的根本原因。我们将详细介绍布里渊区、晶格振动（声子）以及最核心的能带概念。能带理论不仅解释了导电性（绝缘体、半导体、导体）的来源，更是理解材料光学性质的关键。 周期性边界条件与Bloch定理： 这些抽象但至关重要的概念，是处理周期性系统中电子行为的数学工具，它们构成了能带理论的基石。 密度泛函理论（DFT）的原理与应用： 作为现代材料科学计算的“瑞士军刀”，DFT提供了一种在近似条件下计算多体电子系统的基态能量和电子密度的有效方法。我们将详细介绍其基本思想，例如交换-关联能的近似处理，以及它在预测材料电子结构方面的巨大成功。 电子结构可视化技术： 诸如态密度（DOS）、能带图（Band Structure）、费米面（Fermi Surface）等可视化工具，能够直观地展示电子在能量和动量空间中的分布，从而帮助我们理解材料的性质。 磁光性质：光与磁的曼妙共舞 当材料置于磁场中，其光学性质会发生微妙而重要的变化。这些变化，即磁光效应，为我们提供了一种非接触式探测材料磁性和电子结构的新途径。本书将聚焦于以下几个核心磁光效应： 法拉第效应（Faraday Effect）： 当线偏振光在磁化材料中传播时，其偏振面会发生旋转。我们将深入探讨该效应的微观机制，即磁场如何通过改变电子能级及其跃迁，导致不同圆偏振光具有不同的折射率，从而产生偏振旋转。 磁致旋光效应（Magneto-Optical Kerr Effect, MOKE）： 与法拉第效应不同，MOKE是指光在反射时发生的偏振面旋转。我们将详细阐述其几种几何构型（平移、纵向、横向），并分析其与材料表面磁性、电子结构的密切关系。 磁圆二色性（Magnetic Circular Dichroism, MCD）： 材料对左旋和右旋圆偏振光吸收率的差异。MCD是一种非常灵敏的探测磁性的技术，尤其是在分析过渡金属和稀土元素化合物的电子结构时。我们将讨论MCD谱如何反映特定元素的磁矩以及其在能带中的贡献。 磁光材料的设计与应用： 基于对电子结构与磁光效应的深刻理解，本书还将探讨如何通过材料设计来优化磁光性能，例如磁畴结构、磁各向异性等。我们将触及磁光记录介质、光学隔离器、磁场传感器等领域的最新进展和应用潜力。 跨学科的视角与前沿的研究方法 本书的研究内容横跨凝聚态物理、材料科学、量子化学和光学等多个学科领域。为了深入理解这些复杂的物理现象，我们将介绍和应用一系列先进的计算和实验技术： 第一性原理计算（First-principles Calculations）： 如前所述的DFT，是理解材料微观性质的强大工具。我们将展示如何利用第一性原理计算来预测材料的电子结构、能带、态密度，并进而计算其磁光响应。 光谱学技术： 如紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收光谱（XAS）等，能够提供关于材料电子状态和化学成分的宝贵信息。 磁学测量技术： 如振动样品磁力仪（VSM）、磁滞回线测量等，用于表征材料的宏观磁学性质。 先进的磁光测量平台： 结合精密的激光光源、探测器以及磁场控制系统，实现对材料磁光响应的精确测量。 通过对电子结构和磁光性质之间内在联系的深入剖析，本书旨在为材料科学家、物理学家以及相关领域的研究人员提供一个全面而深入的知识体系。它不仅是理解现有材料行为的指南，更是激发未来新型功能材料设计与开发的理论基础。本书将带领读者穿越量子世界的奥秘，感受光与磁相互作用带来的无穷魅力，并为探索更多未知的材料科学前沿奠定坚实的基础。

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从排版和装帧来看，这本书的设计显然是走实用主义路线的。字体选择清晰易读，但整体的视觉设计感并不强，大量的公式和符号占据了版面，缺乏留白带来的呼吸感。这使得长时间阅读下来，眼睛容易疲劳。内容上，我发现它在处理对称性破缺和拓扑性质的部分的处理得尤为出色。作者巧妙地结合了群论的概念来阐释电子态的简并性和能带结构的演化，这一点在很多同类书籍中往往是一笔带过，但在这里却被赋予了足够的篇幅进行详细展开。我特别留意了关于时间反演对称性和自旋轨道耦合的讨论，推导过程清晰流畅，对于理解手性（Chirality）在固体中的体现至关感深刻。唯一的不足或许是，在某些前沿领域，比如强关联体系的数值模拟方法介绍得略显保守，可能需要读者自行补充其他更现代的计算工具箱知识。

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这本书给我最大的感受是它对“物理直觉”的培养作用。虽然公式推导繁复，但作者总能在关键时刻穿插一些简短的评论，将抽象的数学语言重新翻译成我们可以想象的物理画面。比如，在阐述动量空间中的布洛赫电子如何响应外部磁场时，那种“在晶格势场中如同在波浪中航行的粒子”的感觉，正是通过这本书的细致描绘才真正建立起来的。它的价值不在于提供最新的“食谱”——即直接套用的计算流程，而在于构建一个坚实的理论“厨房”，让你明白每一步操作背后的原理和约束。对于我这种喜欢从原理出发构建理解体系的人来说，这简直是如获至宝。唯一的“遗憾”是，或许是年代的限制，书中对当前非常热门的、依赖于高精度第一性原理计算的材料性质预测方面的实战经验分享较少，更侧重于理论模型的精确性验证。

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老实说，这本书的阅读体验更像是在攀登一座学术上的高山。每当你感觉自己快要到达一个里程碑时，作者总会设置一个新的、需要更高能量才能跨越的障碍。它对“磁光”特性的覆盖面非常广，从法拉第旋光到克尔效应，再到更复杂的磁致双折射，都有深入的理论建模。特别是在处理自旋轨道耦合对光吸收边缘的影响时，作者的分析细致入微，几乎涵盖了所有可能出现的对称性相关的微小效应。我可以清晰地感觉到作者在试图构建一个“普适”的理论框架来解释所有这些宏观现象。然而，这也导致了这本书的“非亲和性”——它对入门读者的友好度不高。它的语言是高度专业化的，缺乏对初学者常见的误区的预警和引导。如果你已经对量子场论和固体物理有深入了解，这本书会是巩固和拓展你知识体系的绝佳伴侣；但如果你是初次接触这些概念，建议先找一本更基础的读物打好基础，否则很容易在浩瀚的数学公式中迷失方向。

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我不得不承认，这本书的叙事风格相当“老派”，非常注重理论的完备性和逻辑的无懈可击。它不像一些现代教材那样，倾向于用新颖的类比或鲜活的实验案例来吸引读者，而是脚踏实地地从最基本的假设开始，一步步构建起复杂的理论框架。在讨论磁性起源的那几章，作者对平均场理论和斯平哈密顿量的引入，简直就是教科书级别的示范。我特别欣赏它对不同近似方法的比较和讨论，清晰地指出了每种方法的适用范围和局限性。不过，这种严谨性也带来了阅读上的挑战——文本密度极高。我经常需要频繁地在章节之间来回翻阅，以确保我没有遗漏任何一个前置条件或定义。对于那些希望快速掌握最新研究进展的读者来说，这本书可能显得有些“慢热”，因为它更关注的是“为什么是这样”的底层逻辑，而不是“现在有哪些应用”。对我个人而言，它更像是一本需要“啃”下来的经典，而非可以快速浏览的指南。

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这本关于固态电子结构和磁光性质的书籍，我花了相当长的时间来消化和理解。坦率地说，它的深度和广度都超出了我的初步预期。作者在开篇部分对量子力学基础的梳理就颇为详尽，对于那些刚接触凝聚态物理的学生来说，这无疑是一个很好的铺垫。然而，随着章节的深入，尤其是在处理多体微扰理论和自洽场方法时，内容的复杂性陡然增加。我记得有一次，我花了整个下午的时间试图理清某个线性响应理论的具体推导过程，那感觉就像是在迷宫里绕圈。书中的数学表述非常严谨，几乎没有跳跃，这对于致力于深入研究的读者是莫大的福音，但对于只想了解基本概念的读者来说，可能会显得有些过于“学术化”和密集。插图虽然不多，但关键的示意图都画得非常到位，能有效地帮助理解抽象的物理图像，比如晶格振动模式和电子能带的形成过程。总而言之，这是一部适合作为研究生教材或严肃研究参考的著作，它要求读者具备扎实的数学和物理功底，并愿意投入大量时间进行精读。

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