晶体学中的对称群

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出版者:
作者:王仁卉
出品人:
页数:429
译者:
出版时间:1990-10
价格:21.8
装帧:平装
isbn号码:9787030017314
丛书系列:
图书标签:
  • 材料
  • 对称群
  • 晶体
  • 晶体学
  • 对称性
  • 群论
  • 数学物理
  • 固体物理
  • 材料科学
  • X射线衍射
  • 空间群
  • 点群
  • 结构化学
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具体描述

晶体学是固体科学的基础,对称性理论是晶体学的理论基础。运用群论可以很方便地研究晶体的对称性。

本书的重点是运用群论讨论晶体的对称性。全书共十三章,大致可分成三部分。前三章是基础,介绍了对称操作以及群论中与研究晶体的对称性关系较密切的基本概念和定理。第四、五、七、八章是全书的主体,用群论推导了晶体学点群、平移群和空间群,介绍了1983年出版的“International Tables for Crystallography, Volume A: Space-Group Symmetry (国际晶体学表,A卷:空间群对称性)”的主要内容。其余各章介绍了群论和晶体的对称性在固体科学中的应用,以及晶体学与对称性概念的推广。

本书可作为固体物理(凝聚态物理)、固体化学、材料科学、地质矿物学等学科的研究生教材,也可供上述学科及其它学科的师生和科技工作者参考。

《晶体学中的对称群》 这本书将带领您踏上一段深入探索物质微观结构奥秘的旅程。我们不再局限于宏观世界的粗糙视角,而是潜入原子和分子的领域,揭示隐藏在晶体内部的优雅秩序。本书的核心在于“对称群”,一个强大而精炼的数学工具,它能够精确地描述和分类晶体结构中反复出现的对称性。 为何研究对称群? 晶体,这种自然界中普遍存在的固体物质,之所以呈现出规则的几何外形和独特的物理性质,正是源于其原子排列的周期性和高度有序性。而这种有序性,归根结底,是由其内部的对称性所决定的。想象一下,一片雪花为何拥有六个完全相同的臂?一块钻石为何能在不同方向上折射出各异的光芒?这些现象的背后,都蕴藏着对称的规律。 对称群,顾名思义,就是描述这些对称操作(如旋转、平移、反射、倒反等)及其组合规律的数学群。通过将这些抽象的数学概念应用于晶体结构,我们能够: 精准分类晶体: 不同的对称群对应着不同类型的晶体。例如,立方晶系、四方晶系、六方晶系等,它们各自拥有独特的对称元素组合。本书将详细阐述如何根据晶体的对称性将其归入相应的晶系和空间群,为理解晶体行为奠定基础。 预测晶体性质: 晶体的物理性质,如光学、电学、磁学、力学等,往往与其对称性密切相关。对称性越低,可能表现出的异性越多;对称性越高,性质往往越均一。理解对称群,就能在一定程度上预测甚至解释这些性质。 指导材料设计: 在现代材料科学中,通过精确控制原子排列来获得特定功能材料已成为可能。对称群理论为理解和设计新型功能晶体材料提供了有力的理论指导。 本书内容概览: 本书将循序渐进地引导读者掌握晶体学中的对称群理论。 第一部分:基础概念与对称元素 我们将从最基本的概念入手,介绍什么是对称性,以及在三维空间中可以存在的各种对称元素,包括: 转轴: 绕特定轴旋转一定角度后,晶体与自身重合。我们将讨论一重、二重、三重、四重、六重转轴及其组合。 对称面: 通过晶体中心的一个平面,使得平面两侧的部分互为镜像。 倒轴(反演中心): 晶体内部存在一个中心点,使得通过该点的任意一点,其对应点与原点关于此中心对称。 滑移面: 结合了平移和反射的对称操作。 螺旋轴: 结合了旋转和平移的对称操作。 理解这些基本的对称元素,是进入更深层次对称群理论的基础。 第二部分:点群与晶系 在掌握了基本的对称元素之后,我们将进入“点群”的概念。点群是指只包含在一点(通常是晶体中心)附近进行的对称操作的集合。所有可能的晶体点群共有32种,它们被进一步归类到七个晶系(立方、四方、斜方、单斜、三斜、六方、菱面体)之中。本书将详细阐述如何根据点群的对称元素组合来确定晶系,以及如何通过观察和分析晶体形态来推断其可能具有的点群。 第三部分:空间群——晶体的完整对称描述 晶体结构比点群所能描述的更为复杂,因为它包含了整个空间的周期性重复。因此,我们需要引入“空间群”的概念。空间群是在点群的基础上,进一步考虑了滑移面和螺旋轴这些具有平移分量的对称操作,以及晶格的平移对称性。 晶格: 介绍布拉维晶格的概念,以及不同晶系下的布拉维晶格类型。 滑移面与螺旋轴: 详细讲解这两种特殊对称元素在晶体结构中的作用。 14种布拉维晶格与230种空间群: 本书将深入介绍所有14种布拉维晶格,以及基于这些晶格和各种对称元素组合而成的230种空间群。我们将学习如何识别和描述这些空间群,以及它们如何精确地反映了晶体内部的原子排列规律。 第四部分:对称群在晶体学中的应用 理论的学习最终是为了实践。本书将通过大量的实例,展示对称群在晶体学中的实际应用: X射线衍射: 阐述如何利用X射线衍射技术来解析晶体结构,以及对称群信息在晶体结构解析过程中的作用。 晶体生长与形态: 解释对称性如何影响晶体的生长习性和宏观晶体形态。 晶体物理性质的理解: 深入探讨对称性如何决定材料的光学各向异性、压电效应、铁电性等。 缺陷与对称性: 分析晶体缺陷(如位错、孪晶)如何影响和改变晶体的整体对称性。 本书特点: 理论与实践相结合: 在严谨的数学推导基础上,穿插丰富的实例和图示,帮助读者更好地理解抽象概念。 清晰的逻辑结构: 内容由浅入深,层层递进,确保读者能够系统地掌握对称群理论。 丰富的图示和表格: 大量精美的晶体结构图、对称操作示意图以及分类表格,是本书的一大特色,极大地增强了阅读的可视性和理解性。 为深入研究打下基础: 本书旨在为读者提供扎实的晶体学对称群基础,为进一步学习晶体物理、材料科学、矿物学等相关领域的研究打下坚实的基础。 无论您是晶体学专业的学生,还是对物质结构和对称美感充满好奇的研究者,亦或是希望深入理解材料性质的工程师,本书都将是您不可或缺的参考。跟随本书,一同揭开晶体世界的对称之谜,领略科学的严谨与优雅。

作者简介

王仁卉(1937.5-2008.11)男,祖籍汉川市庙头镇。1937年5月出生于湖北省武汉市,于2008年11月12日19时50分在武汉大学中南医院逝世,享年71岁。

一、主要学习和工作经历:

王仁卉,男,生于1937年5月。

1956.09-1961.08 武汉大学物理系本科

1962.12-1964.08 中国科学院沈阳金属研究所进修

1979.04-1982.02 联邦德国Max-Planck金属研究所进修并同时在联邦德国Stuttgart

大学注册博士,于1982.02获博士学位

1978-1982 武汉大学讲师

1982-1985.12 武汉大学副教授

1985.12至现在 武汉大学教授

1987.04- 1988.04 武汉大学物理系系主任

1988.04-1992.11 武汉大学副校长

1990至现在 武汉大学博士导师

2003至现在 武汉大学电镜中心主任

二、部分学术职务和荣誉

1995年至2003年中国物理学会常务理事(曾任湖北省物理学会/武汉物理学会理事长)

1996年至今中国电子显微镜学会常务理事(曾任湖北省电镜学会理事长)

2000年至2005年第八、九次国际准晶会 国际顾问委员会委员

1999年至2001年国际准晶会议QC2001国际顾问委员会委员

2005年至2007年国际准晶会议2007(纪念准晶发现25周年)国际顾问委员会委员

1993年至2001年中国科学院北京电子显微镜实验室学术委员会主任

三、部分科研奖项

国家教委科技进步奖二等奖 国家教委 1988年7月

国家教委科技进步奖二等奖 国家教委 1993年6月

国家教委科技进步奖一等奖 国家教委 1995年5月

教育部科技进步奖二等奖 教育部 1999年1月

全国优秀科技图书奖一等奖 国家新闻署 1992年10月

湖北省自然科学奖二等奖 湖北省科技厅 2001年12月

全国教育系统劳动模范授予人民教师奖章 国家教委和国家人事部 1995年9月

湖北省自然科学奖一等奖 湖北省科技厅 2005年

四、主要研究领域和贡献

主要从事固体材料超微结构的研究,包括准晶物理学和晶体学研究,如晶体的精细结构、缺陷及相变、强关联系统中的电荷有序和畴结构、以及软模相变中第二长度尺度的物理本质等,并在这些领域做出了系统的、有创建的、且受到国内外重视的成果。主要有:(1)完善了离焦会聚束电子衍射(CBED)法测定晶体中位错柏格矢b的方法。(2)开发了鉴定准晶中位错的柏格矢的离焦CBED法和衍衬法,利用衍衬实验配合模拟计算在准晶中鉴定出小位错圈。并在此基础上开展了准晶塑性形变机制的研究。(3)建立了适合各类准晶的线弹性理论,导出了各类弹性方程,建立了准晶位错弹性理论。(4)提出了在饱和阶段后由于位错结构的演变而在循环应力—应变曲线上出现二次循环硬化的观点。其中两篇有关论文已成为研究晶体循环形变微观机制的经典文献之一。(5)对强关联电子系统中的电荷有序和畴结构系统的研究指出了La1/3Ca2/3MnO3钙钛矿中的电荷有序是Wigner晶体模型而非双条带模型。(6)提出了软模相变中第二长度尺度的物理本质,被认为中止了这一研究领域长期的争论。

王仁卉教授承担过国家自然科学基金等项目20多项,发表科技论文2百多篇,其SCI论文被他引上千次,多次应邀在国际学术会议上作特邀报告。主编和参编论著多部,如《晶体学中的对称群》、《准晶物理学》等。

1982年以来已培养出博士11名、硕士44名。

王仁卉的研究成果倍受国外专家教授的关注,日本田中通义教授在其专著“Convergent beamclectrondiffractionIII'’的前言中,赞扬王仁卉的成果是会聚束子电子衍射的重要进展;德国物理学会理事长K.Urban教授特邀请王仁卉课题组的师生去传授实验技术,并合作开展了准晶塑性形变机制的研究;第7届国际准晶会议特邀王仁卉作报告;综述性物理期刊《物理学进展报告Rep.Progr.Phys。》主编特约王仁卉撰写综述;《金属间化合物IntermetallicCompounds—Principles and ractice,V01.3,Progress》主编邀请王仁卉撰写了“准晶中的位错Dislocationsin quasicrystals”的一章;关于循环应力——应变曲线上出现二次循环硬化的新观点的两篇论文已分别被引用73次和52次,成为研究晶体循环形变微观机制的经典文献之一。

郭可信先生在国际科学界具有重要影响。1980年以来,先后被授予瑞典皇家工学院技术科学荣誉博士,瑞典皇家工程科学院外籍院士,日本金属学会荣誉会员,印度材料学会荣誉会员等荣誉称号。1980年,他与钱临照、柯俊先生等科学家发起创建了中国电子显微镜学会,1982-1996年间亲任理事长.1992-1996年任亚太地区电子显微学会联合会主席。曾任Ultramicroscopy, Journal of Microscopy, Electron Mircoscopic Techniques等该领域最有影响力刊物的顾问编委。

郭可信先生于2006年12月13日22时45分在北京大学第三医院因病逝世,享年83岁。

目录信息

读后感

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用户评价

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我特别注意到书中对历史背景的穿插处理得非常到位。在讲解某个对称性理论的建立过程时,作者会简要介绍当时科学家们所处的时代背景以及他们是如何一步步克服思维定势,最终得出结论的。这种“时间旅行”般的叙述方式,极大地丰富了阅读的层次感。它让冰冷的数学定理拥有了人性的温度,让我们理解了科学发现的艰辛与伟大。例如,当讲到布拉维格点时,那种历史的厚重感就自然而然地传递了过来,使得我们对这些基本概念的尊重感也油然而生。这种叙事手法,让整本书读起来像是在听一位大师讲述他的“发现之旅”,而不是在啃一本教科书。

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这本关于晶体学的著作,从我翻开第一页起,就给我带来了耳目一新的感觉。作者显然对这个领域有着极深的理解,但他并没有将所有精力都集中在那些枯燥的数学推导上,而是巧妙地将理论与实际应用编织在一起。我特别欣赏的是,书中对基础概念的阐述非常细腻,即便是像我这样自认为对这个领域有一定了解的读者,也能从中发现新的理解视角。比如,书中对“点群”和“空间群”的介绍,不再是冷冰冰的符号堆砌,而是通过大量的几何图像和物理实例进行解释,让人能直观地感受到对称性在微观世界中的威力。那种由抽象概念到具体物质结构的过渡,做得非常自然流畅,完全没有生硬的跳跃感。

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总而言之,这是一部在深度和广度上都做得非常出色的专业书籍。它不仅为初学者提供了可靠的入门指南,也为资深研究者提供了深化理解和拓展视野的契机。书中的插图质量极高,清晰地展现了复杂的晶体结构和对称操作,这对于理解几何抽象概念至关重要。更难能可贵的是,全书的排版和装帧都体现了出版方对知识的尊重,阅读起来非常舒适,长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。对于任何一个需要深入掌握晶体学对称性原理的人来说,这本书都绝对是案头必备的参考资料,它提供的知识密度和思考启发性,是其他同类书籍难以企及的。

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阅读体验上,这本书的结构设计非常人性化。它不像传统教材那样将所有内容都塞在一起,而是非常有层次感地递进。前几章像是为入门者铺设的坚实地基,清晰地界定了晶体学研究的范畴和基本工具。随着章节的深入,作者开始引入更复杂的数学工具,但这些工具的引入都服务于解决具体的晶体结构问题。我印象深刻的是关于群论在X射线衍射分析中的应用部分,作者没有回避其中的数学难度,反而将其视为理解结构解析的关键。这种态度让人感到鼓舞,而不是被复杂的公式吓退。读完这部分内容,我感觉自己对如何利用实验数据反推出晶体内部的原子排列规律,有了一种前所未有的清晰认知。

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这本书的语言风格非常独特,兼具学术的严谨和科普的生动。它没有使用那种过于晦涩的行话来标榜自己的高深,而是用一种近乎对话的语气来引导读者思考。在探讨一些前沿概念,比如非晶体对称性或者准晶体结构时,作者展现出了一种非常开放和批判性的思维。他不仅介绍了主流的理论框架,还对这些框架的局限性进行了探讨,引导读者思考“为什么”和“还有没有其他可能”。这种鼓励探索的精神,对于正在进行研究的学者或者对前沿科学充满好奇的学生来说,无疑是一剂强心针。它让你觉得,晶体学不是一个已经完成的知识体系,而是一个充满活力的研究前沿。

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我查了图书馆半天,这本书是中文中介绍空间群最好的了。

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向老一辈科学工作者致敬!

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书编的还是很认真的,不过老外趋向于把问题搞搞简单(Introduction to Crystallography/Space Groups for solid state scientists,甚至The Mathematical theory of sysmmetry in solids),王老头子这个看起来就没有辣莫舒服啦

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向老一辈科学工作者致敬!

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我查了图书馆半天,这本书是中文中介绍空间群最好的了。

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