Optical Materials and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Wakaki, Moriaki/ Kudo, Keiei/ Shibuya, Takehisa

出品人:

页数:317

译者:

出版时间:2012-9

价格:$ 158.14

装帧:

isbn号码:9780824727598

丛书系列:

图书标签:

• 光学材料
• 光子学
• 材料科学
• 光学工程
• 纳米光子学
• 薄膜技术
• 光学器件
• 光纤
• 非线性光学
• 光学特性

凝聚态物理前沿探索：晶体结构、输运性质与磁性材料研究 导论：物质的微观结构与宏观性质 本书聚焦于凝聚态物理领域中极具活力的前沿课题，旨在系统阐述晶体材料的微观结构、电子输运机制以及新兴磁性材料的物理特性。我们将从原子尺度的排列规律出发，深入剖析这些结构如何决定材料的宏观物理性质，尤其是在电学、热学以及磁学方面的表现。全书内容严格围绕这些核心物理概念展开，力求提供一个严谨、深入且富有洞察力的知识框架。 第一部分：晶体结构与衍射物理基础 第一章：晶体学的基本原理与空间群对称性 本章详尽介绍了晶体学的基本概念，包括点阵、晶胞的定义与选择，以及布拉格定律在X射线衍射（XRD）中的应用。重点讨论了周期性结构所蕴含的对称性。我们将系统梳理二维和三维空间群的分类及其在材料结构描述中的重要性。通过大量实例，解释如何利用对称性原理预测材料的某些物理性质，例如压电效应和铁电性。着重分析了倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，它是理解电子波函数在晶体中行为的关键数学工具。 第二章：固体的能带理论与电子态密度 本章是理解材料电学行为的理论基石。首先回顾了薛定谔方程在周期性势场中的解法，引入布洛赫定理，并详细推导了晶体中电子的能带结构形成过程。我们将区分导体、半导体和绝缘体，并探讨费米能级（Fermi Energy）在这些不同类型材料中的位置。随后，深入探讨电子态密度（Density of States, DOS）的计算方法及其对材料热容和磁化率的影响。特别关注能带计算中常用的近似方法，如近期结合的密度泛函理论（DFT）计算流程，并探讨其局限性。 第二部分：电子输运现象与热电材料 第三章：经典与量子输运理论 本章系统梳理了材料中载流子的输运现象。从经典的德鲁德模型（Drude Model）出发，引入弛豫时间、迁移率和电导率的概念。在此基础上，深入探讨了量子力学对输运性质的修正，特别是玻尔兹曼输运方程的建立及其在非均匀体系中的应用。重点分析了杂质散射、声子散射（Phonon Scattering）和电子-电子相互作用对电阻率随温度变化的贡献。此外，将引入对霍尔效应（Hall Effect）的深入分析，用以精确测量载流子的浓度和符号。 第四章：热电材料的物理机制与性能优化 热电材料因其直接将热能与电能相互转化的能力而备受关注。本章围绕塞贝克效应（Seebeck Effect）展开，定义了功率因子（Power Factor）和无量纲优值（Figure of Merit, $ZT$）。详细分析了影响热电性能的三个关键参数——电导率、塞贝克系数和热导率——之间的内在矛盾性。我们将探讨如何通过材料工程手段（如缺陷工程、纳米结构引入）来降低晶格热导率，同时维持甚至提高电学性能，例如通过引入点缺陷或引入复杂晶体结构（如格点或笼状结构）实现“晶格热声子玻璃，电子近乎导体”的理想状态。 第三部分：磁性材料的微观相互作用与应用 第五章：磁性的起源与铁磁性、反铁磁性 本章深入探讨了宏观磁性的微观根源。从电子的自旋和轨道角动量出发，阐述了朗之万模型和居里-外斯定律在顺磁性材料中的应用。核心内容聚焦于铁磁性（Ferromagnetism）的起源，详细分析了海森堡交换相互作用（Heisenberg Exchange Interaction）的物理图像及其各向异性。随后，对反铁磁性（Antiferromagnetism）和亚铁磁性（Ferrimagnetism）进行了对比分析，特别是利用分子场理论（Mean Field Theory）来解释转变温度和磁有序态的形成。 第六章：磁畴结构、磁滞回线与新型磁性现象 本章从微观相互作用过渡到宏观磁记录性能。详细分析了磁畴（Magnetic Domains）的形成、运动及其对磁化过程的限制。深入剖析了磁滞回线（Hysteresis Loop）的各个关键参数（矫顽力、剩磁、饱和磁化强度），并探讨了各向异性（Magnetocrystalline Anisotropy）在控制磁性材料性能中的作用。此外，本章将引入对新兴磁性现象的探讨，包括巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的物理机理，以及其在自旋电子学器件中的潜在应用。 第四章：缺陷工程与材料性能调控 第七章：晶体缺陷的分类、形成能与扩散动力学 任何实际材料都不可避免地存在缺陷。本章系统分类了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。重点定量分析了点缺陷的热力学形成能（Formation Energy），并讨论了如何利用非热力学方法（如辐照）来诱导缺陷的形成。随后，对扩散（Diffusion）过程进行深入讨论，阐明晶格空位在原子迁移中的核心作用，并结合阿伦尼乌斯方程讨论扩散系数对温度的依赖性，这对于高温应用和材料生长至关重要。 第八章：缺陷对电学和磁学性质的耦合影响 本章旨在连接材料的结构不完美性与宏观物理性能。探讨了杂质原子和晶界如何作为散射中心，显著降低载流子迁移率，并可能诱导局部电荷积累。在磁性材料中，缺陷（特别是磁性杂质或氧空位）可以通过改变局域的交换耦合强度，从而影响铁磁转变温度和磁化强度。此外，讨论了缺陷诱导的电场梯度可能导致的电场极化耦合效应，为理解材料的多铁性（Multiferroicity）提供微观基础。 全书力求以扎实的物理理论为基础，结合前沿实验进展，为读者提供一个全面而深入的凝聚态材料物理学习平台。

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坦白说，我是在一个朋友的强烈推荐下才开始阅读这本专著的。起初我对“应用”二字抱持着一丝怀疑，担心内容会过于偏向学术研究的象牙塔，缺乏与实际工程的结合点。然而，实际的阅读体验完全颠覆了我的预期。书中对于薄膜沉积技术、光学镀膜的缺陷控制，以及如何将实验室成果转化为工业级产品的流程描述得非常详尽和务实。尤其是在讨论非线性光学材料的应用场景时，作者没有止步于理论推导，而是深入剖析了如何在实际器件中解决热稳定性和损伤阈值的问题。这部分内容对于正在进行产品开发或者希望将理论知识转化为实际生产力的工程师来说，简直是宝藏。我记得有一章专门讲了如何通过材料的微纳结构来调控光的偏振态，那段文字读起来，简直就像是听一位经验丰富的老匠人讲述他的独门秘籍，每一个细节都透露着匠心和对材料的深刻洞察。这本书的价值就在于，它成功地架设了基础物理学与前沿工程技术之间的桥梁。

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我购买这本书时，主要的目的是想系统梳理一下近十年内在光电转换领域出现的新型复合材料的性能指标和制备挑战。这本书的覆盖面广度令人印象深刻。从传统的无机晶体到新兴的有机半导体材料，甚至涉及到一些拓扑绝缘体在光子学中的潜在应用，都有相当篇幅的论述。这种全景式的视角对于希望跳出单一材料体系、建立宏观认识的读者来说，具有不可替代的价值。特别是它对材料在极端环境下的性能衰减分析，这通常是很多偏重于理想状态下器件性能的文献所忽略的薄弱环节。通过对这些实际操作中遇到的“硬骨头”问题的剖析，读者可以更清醒地认识到当前技术的前沿瓶颈所在。总的来说，这本书的广度和深度达到了一个极高的平衡点，它既能满足初学者的系统学习需求，也能为资深研究人员提供持续的灵感和参考价值，是一部值得反复研读的经典之作。

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这本书的语言风格有一种独特的、近乎诗意的学术严谨感。它避免了教科书那种僵硬的、命令式的口吻，反而更像是一场由顶尖学者引导的深度对话。作者善于运用类比和历史回顾来解释复杂的物理现象。例如，在解释阿贝数和色散关系时，他巧妙地引入了早期光学仪器制造中的“像差困扰”，让读者立刻能够理解为什么对材料色散的精确控制如此关键。这种叙事上的巧妙处理，使得即便是需要大量微积分和线性代数知识的章节，也能被心智更灵活的读者所吸收。我发现自己常常因为一个精妙的论述停下来，默默回味其中的深意。它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的熏陶——它教会你如何用更本质的眼光去看待物质与光相互作用的每一个瞬间。这本书真正体现了“深入浅出”的精髓，让复杂的世界变得可触及、可理解。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，立刻让人联想到精密的光学仪器和浩瀚的宇宙星空。我原本以为它会是一本纯粹的技术手册，枯燥地堆砌着各种波长、折射率和双折射的参数，但翻开目录才发现，它更像是一次知识的探险。作者的叙述方式非常流畅，即使是像“光子晶体”这样高深的理论，也被拆解得井井有条，像是把一块复杂的电路板，用最清晰的图纸展示给你看。我特别欣赏其中对于新型功能材料的介绍，尤其是那些与生物医学成像紧密相关的部分，让人对未来的医疗诊断充满了无限的遐想。它不仅仅是罗列事实，更是在引导读者去思考材料的极限在哪里，以及我们如何通过设计原子和分子结构来操控光线的行为。读完前几章，我感觉自己对光的本质有了更深层次的理解，不再是中学物理课上那个简单的“粒子与波”的对立概念，而是看到了一个充满无限可能的动态系统。这本书的配图也做得非常出色，那些复杂的晶格结构图和光场分布模拟图，清晰地辅助理解了抽象的物理过程。

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对于长期从事光学设计领域的研究人员而言，时间是极其宝贵的资源。我们需要的不是泛泛而谈的概述，而是精确、深入且具有前瞻性的深度分析。这本书在这方面做得相当到位。它的内容密度非常高，每一页都承载了大量的专业信息，但得益于作者严谨的逻辑组织，阅读起来并不感到吃力。我尤其关注了其中关于先进光学传感器的章节，书中对基于表面等离激元共振（SPR）和光子晶体腔的超灵敏检测方法进行了详尽的对比分析，不仅给出了理论模型，还引用了最新的实验数据来佐证观点。这种脚踏实地的研究态度，让人感觉这本书的参考价值极高，它绝对不是那种只为填充篇幅而堆砌公式的教材。对于准备撰写基金申请或博士论文的读者来说，书中引用的参考文献和对现有技术瓶颈的剖析，提供了极佳的切入点和研究方向的指引。这本书更像是一份经过时间考验的“工具箱”，而不是一本快餐式的入门读物。

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