Symmetry Through the Eyes of a Chemist pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hargittai, Istvan/ Hargittai, Magdolna

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:2006-11

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9781402056277

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 化学
• 对称性
• 分子结构
• 晶体学
• 物理化学
• 数学化学
• 化学键
• 光谱学
• 点群
• 手性

书名： 《分子之舞：晶体结构、对称性及其在材料科学中的应用》 内容简介： 本书旨在为读者，尤其是对物理化学、材料科学以及无机化学有浓厚兴趣的研究人员、高年级本科生和研究生，提供一个全面而深入的视角，探讨晶体结构、点群与空间群对称性在理解和预测物质宏观性质中的核心作用。我们摒弃了传统教科书中对化学制备的过度侧重，转而将焦点完全集中于结构与对称性的数学框架及其对物理性能的决定性影响。 全书分为六个逻辑递进的部分，层层深入地剖析了对称性如何成为连接微观原子排列与宏观可观测性质（如光学、电学、磁学特性）的桥梁。 第一部分：对称性的数学基础与群论入门 本部分为后续的结构分析奠定了坚实的理论基础。我们首先回顾了群论的基本概念，包括群的定义、子群、陪集、共轭关系和同态映射，确保读者对抽象代数工具的掌握。随后，我们详细介绍了对称操作的分类：恒等操作、旋转轴（$C_n$）、反射面（$sigma$）、反演中心（$i$）以及旋量轴（$S_n$）。我们着重讲解了晶体学中最为关键的操作——晶格平移操作，并引入了布拉菲格（Bravais Lattices）的概念。 重点章节详细阐述了点群（Point Groups）的确定流程，从基础的$C_1$到高度对称的$T_d$和$I_h$群。我们利用矩阵表示法来描述这些对称操作，并计算了各个不可约表示（Irreducible Representations, IRs）的特征标表（Character Tables）。强调了特征标表在理解分子振动模式、电子能级分裂以及物态分类中的不可替代性。 第二部分：晶体学的几何与周期性 本部分将理论群论工具应用于周期性三维结构——晶体。我们详细探讨了晶格的概念，区别了点阵与晶格的物理意义。内容涵盖了密堆积的几何构造，如六方最密堆积（HCP）和面心立方堆积（FCC），以及它们在金属和离子晶体形成中的重要性。 深入分析了米勒指数（Miller Indices）在描述晶面和晶带轴方面的应用。随后，本书引入了倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，并阐释了其在X射线衍射理论中的核心地位。我们详细推导了衍射强度与结构因子之间的关系，解释了如何通过实验确定晶体的基本单元和空间取向。 第三部分：空间群：无限对称性的完全分类 本部分是本书的核心，聚焦于晶体学中全部230个空间群的系统性分类。我们区分了平移群（Space Groups）与点群，并引入了更复杂的对称操作：螺旋轴（Screw Axes, $n_m$）和滑移面（Glide Planes, $a, b, c, n, d$）。 我们遵循国际晶体学联合会（IUPAC）的符号体系，系统性地列举了14种布拉菲格在所有14种晶系下的具体空间群实现。通过具体的例子，展示了如何利用实验测得的衍射数据（如禁止反射）来唯一确定一个晶体的空间群。本章强调了空间群作为描述晶体所有平移、旋转和反射对称性的完备数学框架的地位。 第四部分：晶体结构对物理性质的约束 本部分是理论与应用结合的关键。我们探讨了晶体对称性如何对材料的本征物理性质施加严格的选择定则和限制。 光学性质： 详细分析了各向异性光学性质（如双折射）与晶体点群的关系。探讨了压电效应（Piezoelectricity）和热释电效应（Pyroelectricity）存在的充要条件——即材料的点群必须属于特定的极性群。 电子结构： 阐述了布洛赫定理（Bloch Theorem）在周期性势场中的应用，以及对称性如何决定能带结构的简并性。通过使用群论工具，我们预测了不同对称性晶体中狄拉克锥和费米面的拓扑特征。 磁性结构： 引入了反演群（Magnetic Groups或Shubnikov Groups）的概念，解释了如何利用磁性有序（反铁磁性、铁磁性）来降低晶体的整体对称性，以及这种对称性降低如何影响磁耦合和磁弛豫过程。 第五部分：结构缺陷与非理想晶体 现实中的晶体并非完美的周期结构。本部分探讨了晶格缺陷如何影响局部对称性，以及宏观性质的偏差。我们分析了点缺陷（空位、间隙原子）和线缺陷（位错）的对称性描述。 特别关注了缺陷诱导的极化（如在离子晶体中）和局部应力场，这些局部不对称性往往是驱动材料宏观功能变化的关键因素，例如在半导体掺杂和离子导电性研究中。 第六部分：对称性在先进材料设计中的应用前沿 最后一部分将视角投向当前材料科学的研究热点，展示对称性理论的指导作用。 拓扑材料： 深入探讨了时间反演对称性（Time-Reversal Symmetry）和晶体对称性在定义拓扑不变量中的作用，例如在拓扑绝缘体和半金属中的应用。 钙钛矿结构： 以ABX3钙钛矿为例，展示了其在高通量筛选中的结构-相变-性能关系。分析了从高温立方相到低温正交相的结构演变中，空间群的逐步降低如何直接对应于光电转换效率和稳定性的变化。 超分子自组装： 简要介绍了高维对称性（如准晶体和不可约表示的更广泛应用）如何指导复杂分子在二维或三维空间中的定向组装。 本书的特点在于其高度的数学严谨性和对晶体结构内在逻辑的深度挖掘。通过本书，读者将能够独立地分析任何已知的或新合成的晶体结构，并基于其对称性特征，对该物质的潜在物理和化学性质做出精准的预测和解释。全书配有大量详细的群论计算实例和晶体学图示，旨在提供一个无缝衔接理论学习与实际晶体结构解析的专业参考资源。

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