Solid State Physics

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出版者:Springer
作者:John J. Quinn
出品人:
页数:534
译者:
出版时间:2009-12-02
价格:USD 99.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783540922308
丛书系列:
图书标签:
  • 固体物理
  • 凝聚态物理
  • 物理学
  • 材料科学
  • 半导体
  • 晶体结构
  • 能带理论
  • 电子态
  • 物理教材
  • 高等教育
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具体描述

Intended for a two semester advanced undergraduate or graduate course in Solid State Physics, this treatment offers modern coverage of the theory and related experiments, including the group theoretical approach to band structures, Moessbauer recoil free fraction, semi-classical electron theory, magnetoconductivity, electron self-energy and Landau theory of Fermi liquid, and both quantum and fractional quantum Hall effects. Integrated throughout are developments from the newest semiconductor devices, e.g. space charge layers, quantum wells and superlattices. The first half includes all material usually covered in the introductory course, but in greater depth than most introductory textbooks. The second half includes most of the important developments in solid-state researches of the past half century, addressing e.g. optical and electronic properties such as collective bulk and surface modes and spectral function of a quasiparticle, which is a basic concept for understanding LEED intensities, X ray fine structure spectroscopy and photoemission. So both the fundamental principles and most recent advances in solid state physics are explained in a class-tested tutorial style, with end-of-chapter exercises for review and reinforcement of key concepts and calculations.

好的,以下是一份关于《The Quantum Realm: A Deep Dive into Modern Physics》的图书简介,该书内容完全独立于《Solid State Physics》,并致力于探索量子力学、粒子物理学和宇宙学的广阔领域。 --- 《量子疆域:现代物理学的深度探索》 作者: [此处留空,或填写虚构作者名] 页数: 约 900 页 目标读者: 对量子力学、标准模型及其在宇宙学中的应用有浓厚兴趣的物理学本科高年级学生、研究生、研究人员以及资深爱好者。 内容概述 《量子疆域:现代物理学的深度探索》是一部雄心勃勃的著作,旨在全面、深入地剖析自 20 世纪初以来彻底重塑我们对物质、能量和时空理解的现代物理学的核心支柱。本书的视角严格聚焦于微观粒子世界、场论的数学结构以及它们如何塑造了宇宙的宏大演化,与凝聚态物理(Solid State Physics)所关注的宏观集体现象和晶体结构领域截然不同。 本书的核心目标是为读者提供一套严谨的理论框架,使他们能够掌握量子场论(QFT)的基本原理,理解基本粒子的行为,并追踪这些微观定律如何在宇宙学尺度上产生可观测的效应。 第一部分:量子力学的基石与拓展 (The Foundations of Quantum Mechanics and Extensions) 本部分奠定了全书的理论基础,从数学结构而非材料性质入手。 第一章:狄拉克符号与希尔伯特空间 本章着重于形式化量子力学的数学语言。我们将深入探讨狄拉克符号(Bra-Ket Notation)的完备性、算符理论、本征值问题、以及无限维希尔伯特空间的结构。重点在于理解态矢量在抽象空间中的演化,而非任何特定材料的能带结构。 第二章:非相对论性量子动力学 详细考察薛定谔方程及其在各种势场中的精确解和近似解方法,如微扰论(时变与非时变)、维里定理和WKB近似。讨论角动量理论的完备性,包括球对称势中氢原子的精确解,严格区分其与固体中电子能带结构的差异。 第三章:全同粒子与对称性 考察泡利不相容原理在多粒子系统中的应用,深入探讨玻色子和费米子的统计特性。详细推导玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计,但讨论的重点将完全放在统计物理的抽象模型上,例如理想玻色气体,而不是晶格振动或电子气在金属中的具体表现。 第四章:自旋与相对论性量子力学初探 专注于粒子的内禀角动量——自旋的物理意义和数学处理。本章将引导读者进入相对论性量子力学的范畴,主要介绍克莱因-戈登(Klein-Gordon)方程和狄拉克(Dirac)方程,探究它们如何自然地预测反物质的存在,这是纯粹的粒子物理学范畴,与固体内部的电子行为无直接关联。 第二部分:量子场论:物质与作用力的语言 (Quantum Field Theory: The Language of Matter and Forces) 本部分是全书的核心,旨在建立并应用量子场论的框架。 第五章:经典场论与正则量子化 从拉格朗日密度出发,构建经典场论的基础。本章随后转向正则(Canonical)量子化过程,将场视为算符,并引入产生和湮灭算符。这一过程是构建所有基本粒子理论的通用方法。 第六章:费米子与玻色子的量子化 详细处理狄拉克场的量子化,以阐明费米子的产生与湮灭。接着处理标量场(如希格斯场的前身)的量子化,并介绍光子场的量子化。重点讨论真空的结构,而非晶体中的激发模式。 第七章:微扰论与散射矩阵(S矩阵) 系统介绍费曼图(Feynman Diagrams)的构建和物理意义。本章详细推导费曼规则,并将其应用于计算低阶散射过程的概率幅。读者将学习如何使用这些工具计算诸如电子-电子散射等基本过程的截面。 第八章:重整化与有效场论 这是对现代场论至关重要的一环。本章将探讨在计算过程中出现的无穷大问题,并提供重整化(Renormalization)的严格数学框架,以提取有意义的物理预测。引入“有效场论”(Effective Field Theory)的概念,理解理论的适用范围。 第三部分:基本相互作用与标准模型 (Fundamental Interactions and The Standard Model) 本部分将第二部分开发的工具应用于描述自然界的基本力。 第九章:量子电动力学 (QED) 将量子场论应用于电磁相互作用。详细推导QED的拉格朗日密度,并利用费曼规则计算电子-光子散射、电子对产生等过程。本章的重点完全在于基本电磁相互作用的量子描述,而非宏观电磁现象。 第十章:量子色动力学 (QCD) 与强相互作用 介绍非阿贝尔规范场论的基础,着重于SU(3)群的结构。深入探讨夸克和胶子之间的强相互作用,详细分析渐近自由(Asymptotic Freedom)和夸克禁闭(Confinement)的现象学后果,这是粒子物理学的核心课题。 第十一章:规范对称性与电弱统一 阐述杨-米尔斯理论(Yang-Mills Theory)的规范不变性原理。本章将引导读者构建电弱理论,解释如何通过希格斯机制(Higgs Mechanism)来赋予W和Z玻色子质量,同时保持规范对称性。 第十二章:标准模型概览与超越 总结标准模型中所有基本粒子和相互作用的完整图景。本章将讨论标准模型的局限性(如引力缺失、中微子质量等),并简要展望超越标准模型(BSM)的理论,例如超对称性(Supersymmetry)的某些基本概念。 第四部分:从量子场论到宇宙学 (From QFT to Cosmology) 本部分将前述的微观理论与宇宙的起源和演化联系起来。 第十三章:引力和量子场论的冲突 探讨将广义相对论与量子场论统一的困难,即量子引力问题。介绍对度规场的量子化尝试及其在紫外区域的不重整化问题。 第十四章:早期宇宙中的场论 应用量子场论的概念来描述宇宙大爆炸后极早期阶段的物理过程。讨论暴胀(Inflation)模型如何通过特定的标量场(如慢滚场)来解释宇宙的均匀性和平坦性。 第十五章:宇宙中的对称性破缺 考察宇宙演化中发生的自发对称性破缺事件,例如夸克-胶子等离子体到强子的相变,以及电弱对称性破缺如何形成今天的粒子质量谱。 第十六章:中微子物理与宇宙学 讨论中微子的三种味(Flavor)及其在演化过程中的中微子振荡现象。探讨中微子作为热遗迹粒子在早期宇宙的演化及其对物质-反物质不对称性(重子生成)的潜在贡献。 --- 本书的独特视角 《量子疆域》的焦点明确地置于基本粒子、规范场论和高能物理领域。它完全避开了半导体、晶体场论、材料的磁性、超导性、缺陷工程、晶格动力学等凝聚态物理(Solid State Physics)的典型主题。本书的数学工具侧重于群论在规范场中的应用、路径积分(Path Integrals)的严格处理以及色散关系,而不是布洛赫定理或晶体动量守恒。 本书是一部关于“什么构成了一切”的理论探险,而不是关于“物质如何组织起来”的材料科学分支的探索。它带领读者直面自然界最深层的基本定律,构建起连接微观粒子与宏观宇宙演化的严密理论桥梁。

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读后感

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用户评价

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这本《Solid State Physics》简直是物理学殿堂里的一座巍峨丰碑!初次翻开,就被它深邃而严谨的逻辑结构深深吸引。作者仿佛是位技艺精湛的建筑师,从最基础的晶格理论出发,步步为营,将复杂的电子能带结构、晶格振动以及半导体物理的奥秘层层剥开,展现在我们面前。阅读过程中,我仿佛置身于一个精密运作的微观世界,每一个公式、每一个理论推导都像是严丝合缝的齿轮,驱动着我对物质本质的理解。特别是关于费米液体理论和磁性的章节,叙述得极为透彻,即便是一些概念性的难点,也能通过精妙的比喻和图示被清晰地捕捉。对于真正想深入理解凝聚态物理核心概念的学生和研究人员来说,这本书提供的不仅仅是知识点,更是一种严谨的思维训练,让你学会如何用物理学的语言去描述和预测材料的行为。它要求读者投入大量精力去消化吸收,但回报是极其丰厚的,它为你打下了坚实无比的理论基础。这本书不是快餐式的入门读物,它是一次需要耐心的学术朝圣之旅,但一旦走完,你将获得对固态世界前所未有的洞察力。

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这本书最令我印象深刻的是它对实验现象的回归和解释能力。很多教科书只是罗列模型,但这本书总能将抽象的理论框架与实际的实验观测紧密联系起来。比如,在讨论声子热容时,作者不仅详细推导了德拜模型,还清晰地指出了其局限性,并引向了更复杂的晶格动力学。这种“提出问题—建立模型—检验模型—修正模型”的完整科学范式,在书中得到了极好的体现。我个人尤其喜欢它在介绍介电性质和磁性时所采用的视角,它没有停留在宏观描述,而是深入到微观的相互作用,比如朗道费米液体理论在阐述低能激发方面的精妙之处,简直是教科书级别的精彩演示。尽管内容密度大得惊人,但作者的组织能力极强,章节间的逻辑过渡非常自然,就像一个经验丰富的大师在为你庖丁解牛,让你在复杂的概念迷宫中始终能找到方向。它需要的不是速度,而是深思熟虑和反复咀嚼。

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这本书的价值,很大程度上体现在其覆盖的广度和深度的完美平衡上。从晶体结构的基础解析,到复杂的超导理论和拓扑材料的先驱性讨论,它几乎勾勒出了整个凝聚态物理领域的宏伟蓝图。我尤其赞赏它对各种复杂现象背后物理机制的剖析,比如强关联电子系统中的描述方法,虽然难度极高,但作者提供了一种清晰的分析框架,让你至少能理解不同理论方法适用的边界和假设条件。它不是一本侧重于最新研究进展的书,而是一本致力于奠定核心理论基石的权威著作。阅读它,你不会得到快速的满足感,而是一种日积月累的“内功”增长。每次合上书本,我都会感觉到自己的物理思维框架被重新搭建了一遍,更加坚固和开阔。对于希望在固体物理领域做出严肃学术贡献的人而言,这本书是绕不开的“圣经”级别文献,它要求你尊重物理规律,并以最大的敬意去学习和运用这些深刻的理论工具。

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第一次接触这本书时,我感觉自己像被扔进了一片浩瀚的海洋,里面布满了精密的数学公式和物理概念的暗礁。它绝对不是那种能让你轻松掌握“入门诀窍”的书籍。这本书的文字风格相当沉稳、内敛,几乎没有太多煽情的表达,一切都建立在坚实的数学推导之上。例如,关于布洛赫定理和倒易空间的阐述,其严谨性毋庸置疑,但对于不习惯高强度符号操作的读者来说,这无疑是一道高墙。我花费了大量时间去理解其中关于“有效质量”和“能带隙”的几何意义,作者用非常简洁的语言描述了这些深刻的物理图像,但要真正内化这些图像,读者必须自己动手去推导和画图。这本书更像是一套严肃的学术训练教材,它磨练你的数学直觉,让你学会如何从一组偏微分方程中提取出可被测量的物理量。如果你期待的是那种循序渐进、充满趣味讲解的读物,那么你可能会对这本书的“冷峻”感到失望,但如果你追求的是学术的纯粹和理论的深度,那么它无疑是首选。

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坦白说,这本书的阅读体验如同在攀登一座信息密度极高的陡峭山峰。我得承认,某些部分的难度确实令人望而生畏,它对读者的预备知识要求非常高,如果你没有扎实的量子力学和数学基础,很可能会在开篇不久就感到力不从心。它的风格极其学术化,几乎没有为了迎合初学者而做出的妥协,每一个论证都直击核心,毫不拖泥带水。我尤其欣赏它对各种晶体对称性的深入探讨,那种数学上的优雅和物理上的直观性结合得非常完美,让人在解决复杂问题时,能找到一种近乎艺术的美感。但是,这种高度的抽象性和专业性也意味着,对于那些只是想了解固态物理大致轮廓的读者来说,这本书可能会显得过于“硬核”和枯燥。它更像是一本工具书和参考手册的结合体,你需要经常回溯前面的章节来确认某个假设或定义,才能顺畅地推进到后面的复杂模型。它是一本需要被反复研读、时常翻阅的“案头必备”,而不是一本可以一气呵成读完的小说。

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