Excitations in Organic Solids pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Agranovich, Vladimir M.

出品人:

页数:512

译者:Czajkowski, Gerard

出版时间:2009-4

价格:$ 163.85

装帧:

isbn号码:9780199234417

丛书系列:

图书标签:

有机固体
激发态
凝聚态物理
分子物理
光谱学
电子结构
半导体
光物理
材料科学
量子化学

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具体描述

During the last decade our expertise in nanotechnology has advanced considerably. The possibility of incorporating in the same nanostructure different organic and inorganic materials has opened up a promising field of research, and has greatly increased the interest in the study of properties of excitations in organic materials. In this book not only the fundamentals of Frenkel exciton and polariton theory are described, but also the electronic excitations and electronic energy transfers in quantum wells, quantum wires and quantum dots, at surfaces, at interfaces, in thin films, in multilayers, and in microcavities. Among the new topics in the book are those devoted to the optics of hybrid Frenkel-Wannier-Mott excitons in nanostructures, polaritons in organic microcavities including hybrid organic-inorganic microcavities, new concepts for organic light emitting devices, the mixing of Frenkel and charge-transfer excitons in organic quasi one-dimensional crystals, excitons and polaritons in one and two-dimensional crystals, surface electronic excitations, optical biphonons, and Fermi resonances by polaritons. All new phenomena described in the book are illustrated by available experimental observations. The book will be useful for scientists working in the field of photophysics and photochemistry of organic solids (for example, organic light-emitting devices and solar cells), and for students who are entering this field. It is partly based on a book by the author written in 1968 - "Theory of Excitons" - in Russian. However the new book includes only 5 chapters from this version, all of which have been updated. The 10 new chapters contain discussions of new phenomena, their theory and their experimental observations.

固体物理学中的前沿探索：从晶格振动到电子激发本书聚焦于凝聚态物理学中一个至关重要的领域：电子在晶体结构中的动态行为与能量转换机制。本书旨在为高年级本科生、研究生以及从事相关领域研究的科研人员提供一个全面且深入的视角，探讨从宏观热力学效应到微观量子力学图像下，材料内部激发态的形成、演化及其对材料宏观性质的影响。第一部分：晶体结构与基础振动模式本书的开篇将扎实地奠定固体物理学的基本框架，重点关注完美晶体的周期性结构及其带来的布洛赫定理。我们将详细解析晶格振动的概念，这是理解固体中准粒子——声子（Phonons）——的基石。第一章：晶格动力学与声子谱本章将深入探讨一维、二维及三维晶格的经典与量子力学处理。内容涵盖：布拉格反射与倒易空间：深入讨论倒易矢量的几何意义及其在描述晶体衍射现象中的核心作用。色散关系（Dispersion Relations）：详细推导单原子链和多原子链的声学支（Acoustic Branches）和光学支（Optical Branches）的频率与波矢之间的关系。我们不仅关注德拜模型（Debye Model）在低频区的成功，还将考察更精确的基于第一性原理计算的精细结构。声子的统计力学：通过玻色-爱因斯坦统计，阐述声子如何影响固体的热容、热导率以及零点能。尤其将对晶格的热膨胀效应进行深入分析，探究声子散射对材料热传输性能的限制。费曼路径积分与声子激发：引入更现代的量子场论视角，简要介绍如何使用路径积分表述来处理复杂的多体系统中的集体激发。第二章：晶格缺陷与非周期性系统完美晶体是理想化的模型，真实材料中必然存在缺陷。本章着重分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）如何局域化能量并改变声子散射过程。局域模式与格林函数：运用晶格格林函数方法，精确计算不同类型缺陷对局部振动模式的影响，特别是局域共振模式（Local Resonance Modes）的出现。非晶态结构中的激发：探讨无序系统（如玻璃）中声子输运的特殊性质，如鲍尔-冯·安德尔（Bound, Nearly Localized）激发和低能玻色子遵从的定律。第二部分：电子的能带结构与激发在理解了晶格振动这一准粒子背景后，本书的重心转向电子在周期性势场中的行为。本部分是理解半导体、导体和绝缘体电学和光学性质的关键。第三章：能带理论的严格推导与拓扑考量本章将从薛定谔方程在周期性势场中的解出发，系统地构建电子的能带结构。布洛赫波与布里渊区：详细阐述布洛赫定理的物理含义，并讨论布里渊区（Brillouin Zone）的几何构造和约化（Reduced Zone Scheme）。有效质量与曲率：分析能带的有效质量（Effective Mass）概念，并展示其如何由能带的二阶导数决定，进而影响电子的输运特性。紧束缚模型与能带交并：对比拟自由电子模型与紧束缚模型（Tight-Binding Model），并分析不同原子轨道组合如何形成导带和价带。拓扑绝缘体的能带结构：引入现代物理的前沿概念，讨论能带的反演（Inversion）以及拓扑不变量，如贝里相位（Berry Phase），它们在描述拓扑材料中的界面态时的重要性。第四章：电子激发态：从单体到集体效应本章探讨电子如何吸收或释放能量，从基态跃迁到激发态，并深入分析这些激发态的相互作用。光吸收与发射：使用费米的黄金定律（Fermi's Golden Rule）计算电子的辐射跃迁率。重点讨论直接带隙和间接带隙半导体中的光吸收截面。激子（Excitons）：详细分析电子-空穴对在库仑作用下的束缚态——激子。讨论其形成能、束缚能及其在半导体光学响应中的重要作用，包括里德伯格激子和库仑激子。等离子体激发（Plasmons）：转向电子的集体激发。从朗道阻尼理论出发，推导金属中自由电子气体的主要集体振动模式——等离子体振动。讨论表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons）及其在纳米光子学中的应用。库仑相互作用的校正：介绍如何超越Hartree-Fock近似，使用随机相位近似（Random Phase Approximation, RPA）来更精确地描述电子系统的集体激发，以及如何处理电子-电子和电子-声子之间的耦合。第三部分：耦合激发与动力学响应本书的高级部分将这些看似独立的激发模式——电子与声子——联系起来，探讨它们之间的相互作用如何决定材料的电学、磁学和热学性质。第五章：电子-声子耦合：电荷载流子的散射机制电子-声子（Electron-Phonon）耦合是理解金属和半导体电阻率、发光效率和超导性的核心机制。耦合哈密顿量：严格构建描述电子与声子相互作用的微扰哈密顿量，重点分析由晶格位移引起的势能变化项。散射截面与弛豫时间：利用费米的黄金定律计算电子在不同温度下被声子散射的概率，从而推导出电阻率随温度的依赖关系（如德拜$T^5$定律）。俄歇复合与非辐射复合：讨论在光电器件中，高浓度载流子注入下，电子-空穴复合过程中能量如何通过声子而非光子释放的机制。第六章：自旋激发与磁性物质中的激发本章扩展到包含自旋自由度的材料，探索磁性激发，即磁振子（Magnons）。磁晶格模型：从海森堡（Heisenberg）交换相互作用出发，建立描述磁性有序态的微观模型。磁振子理论：运用玻色子化（Bosonization）技术，将自旋波（Spin Waves）转化为类声子的准粒子——磁振子。分析磁振子的色散关系及其在热力学中的贡献。自旋-声子耦合：探讨磁振子与声子之间的能量交换，这对于理解磁热效应（Magnetocaloric Effect）和磁弛豫至关重要。结论与展望本书最后总结了当代凝聚态物理学在激发态研究中所面临的挑战，例如在强关联电子系统、二维材料（如石墨烯和过渡金属硫化物）以及拓扑材料中激发态的精确描述问题。本书强调了计算物理方法（如密度泛函理论和动力学平均场理论）在预测和理解这些复杂激发行为中的不可替代的作用。本书的深度和广度确保读者不仅掌握了固体中激发态的基础理论，还能理解如何将这些概念应用于现代功能材料的设计与优化。