凝聚态物理学（上卷） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:冯端

出品人:

页数:639

译者:

出版时间:2003-1

价格:56.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040127386

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《凝聚态物理学（上卷）》内容简介 本书是凝聚态物理学领域的经典教材，旨在为读者提供一个全面、深入且系统性的理论框架，以理解构成我们宇宙物质基础的宏观性质。本书着重于研究由大量粒子组成的系统所表现出的集体行为，这些系统在宏观尺度下呈现出与构成粒子截然不同的奇妙特性。从固体的晶体结构到液体的流动，从超导现象到磁性材料的奥秘，凝聚态物理学为我们揭示了物质世界的丰富多彩。 第一章 绪论：凝聚态物理学的世界 本章将带领读者走进凝聚态物理学的广阔天地。我们将首先探讨凝聚态物理学的研究对象——凝聚态物质的定义及其重要性。从日常生活中无处不在的固体和液体，到极端条件下存在的液氦、超导体、拓扑绝缘体等前沿课题，都属于凝聚态物理学的研究范畴。我们将概述凝聚态物理学与其他物理分支（如统计力学、量子力学、电动力学）的联系，并强调其在现代科技发展中的关键作用，例如半导体技术、新材料设计、量子计算等。 本章还将介绍凝聚态物理学的基本研究方法和理论工具。我们将讨论周期性结构（如晶体）的描述，例如晶格、基元、晶向、晶面等概念，以及如何利用布里渊区和倒格矢来描述其周期性。同时，也将触及非周期性结构（如非晶态材料）的研究思路。此外，还将简要介绍研究凝聚态物质所必需的数学和物理基础，例如量子力学的基本原理，以及如何将其应用于多体系统的描述。 第二章 周期性结构与布里渊区 本章将深入探讨晶体结构，这是凝聚态物理学研究中最基础也最重要的模型之一。我们将详细介绍晶格的概念，包括平移对称性、点阵、基元等，并讲解如何描述和分类不同的晶体结构，例如布拉维格子和14种空间群。我们将详细介绍米勒指数，用于描述晶面和晶向，这在理解晶体生长、衍射实验等方面至关重要。 本章的核心内容之一是布里渊区。我们将解释为何需要引入倒空间的概念，以及如何构建第一布里渊区。布里渊区的几何形状和对称性与晶格的结构密切相关，我们将学习如何计算和识别不同晶体结构的布里渊区。布里渊区的概念在理解电子在晶体中的运动、声子色散关系等方面扮演着关键角色。 第三章 晶格振动与声子 在固体材料中，原子并非静止不动，而是以一定的频率在平衡位置附近振动。这些集体振动被称为晶格振动。本章将深入研究晶格振动的动力学，并引入“声子”这一量子概念。 我们将首先建立描述晶格振动的模型，例如以一维链模型为例，讨论其振动模式的离散性。然后，我们将推广到三维晶体，详细介绍声子的概念，将晶格振动视为一种准粒子。我们将推导声子的色散关系，即声子能量与波矢的关系，并分析不同类型声子（如纵声子和横声子）的性质。 晶格振动对材料的热学性质（如比热、热导率）和光学性质（如红外吸收）有着重要的影响。本章将探讨晶格振动如何贡献材料的比热，并介绍德拜模型和爱因斯坦模型等经典理论。此外，还将讨论声子之间的散射机制，这解释了材料的有限热导率。 第四章 电子的运动：自由电子模型与能带理论 金属中的导电性是由自由电子提供的。本章将从自由电子模型出发，介绍电子在固体材料中的基本运动规律。我们将使用量子力学方法，描述电子在周期性势场中的行为。 首先，我们将回顾自由电子模型，并讨论其局限性。然后，我们将引入能带理论，这是理解固体导电性的核心。我们将解释为什么在晶体中，电子的能量不是连续的，而是形成了一系列的能带和带隙。我们将详细讲解布洛赫定理，该定理是能带理论的基石，它描述了电子波函数在周期性势场中的形式。 本章还将介绍多种构建能带图的方法，例如近自由电子模型和紧束缚模型。我们将讨论能带结构如何决定材料的导电性，并区分导体、绝缘体和半导体的能带结构特征。此外，还将触及费米面和费米统计，这是理解金属性质的关键概念。 第五章 固体的磁性 磁性是许多现代技术的核心，例如数据存储、电机和传感器。本章将系统地介绍固体材料中不同类型的磁性现象。 我们将首先区分顺磁性、抗磁性和铁磁性。顺磁性材料中的原子具有未配对的电子，在外磁场下会产生磁矩，即使撤去外磁场，磁矩也会迅速消失。抗磁性材料中的原子通常没有未配对电子，但当施加外磁场时，会产生一个与外磁场方向相反的诱导磁矩。铁磁性材料则表现出宏观的磁性，其磁矩在没有外磁场时也能自发排列，形成磁畴。 本章将深入探讨每种磁性的微观起源。我们将讨论顺磁性中的朗之万模型，以及抗磁性中的抗磁性矩。对于铁磁性，我们将重点介绍交换相互作用，这是导致电子自旋自发排列的根本原因。我们将讨论磁畴的形成和畴壁的运动，以及居里温度等重要概念。此外，还将简要介绍反铁磁性和亚铁磁性。 第六章 超导性 超导性是一种极为奇特的宏观量子现象，在该现象下，材料在低于某个临界温度时，电阻会突然降为零，并且能排除外部磁场（迈斯纳效应）。本章将详细介绍超导性的基本理论和实验观测。 我们将从BCS理论出发，解释超导性的微观机制。BCS理论将超导性归因于电子与晶格振动（声子）之间的相互作用，形成了库珀对。我们将详细阐述库珀对的形成过程，以及库珀对如何在没有电阻的情况下在材料中运动。 本章还将介绍超导体的关键性质，例如临界温度、临界磁场和临界电流密度。我们将讨论迈斯纳效应，即超导体排斥磁场的能力，并解释其在超导现象中的重要性。此外，还将简要介绍高温超导体和非常规超导体，以及超导性在科学研究和技术应用中的前景。 第七章 统计力学在凝聚态物理学中的应用 统计力学为我们提供了理解大量粒子系统集体行为的强大工具。本章将重点阐述统计力学在凝聚态物理学中的具体应用。 我们将回顾玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计，并讨论它们各自适用的粒子类型和系统。我们将详细讨论如何利用这些统计分布来计算凝聚态系统中粒子的宏观性质，例如平均能量、比热等。 本章还将介绍相变理论，这是统计力学中的一个重要分支，用于研究材料在不同相态之间的转变。我们将讨论临界现象、序参量以及平均场理论等概念，并举例说明其在相变研究中的应用，例如磁性材料的磁相变。 第八章 非晶态物质 与高度有序的晶体结构不同，非晶态物质（如玻璃、聚合物）缺乏长程有序性。本章将探讨非晶态物质的结构特点和物理性质。 我们将讨论非晶态物质的无定形结构，以及如何描述其局域有序性。我们将介绍描述非晶态结构的方法，例如径向分布函数。本章还将探讨非晶态物质的动力学行为，例如玻璃化转变。 非晶态物质在许多领域有着广泛的应用，例如玻璃、塑料、陶瓷等。本章将介绍其独特的物理性质，例如低导热性、良好的光学透过性等，并探讨其在技术应用中的优势。 结语 《凝聚态物理学（上卷）》为读者提供了一个坚实的基础，使其能够理解物质世界的丰富性和复杂性。本书所涵盖的知识点，从微观粒子在周期性结构中的运动，到宏观尺度下涌现出的集体行为，都为深入探索凝聚态物理学的奥秘铺平了道路。本书的编写旨在激发读者对物质科学的好奇心，并为进一步深入研究该领域打下坚实的基础。

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这本书给我最大的启发，在于它彻底颠覆了我对“固体”这个概念的固有印象。在中学物理中，固体就是坚硬、不可压缩的，性质相对固定。而这本书则揭示了凝聚态的丰富多彩性：从超导体的零电阻，到半导体的开关特性，再到拓扑绝缘体的奇特界面态——所有这些，都源于原子排列方式的微小变化，以及电子在周期性环境中表现出的集体行为。作者花了相当大的篇幅来讲解对称性和守恒定律在凝聚态物理中的核心地位。通过群论的视角来分析晶体结构，一下子将原本看似散乱的材料性质联系到了更深层的数学美学上。我开始意识到，物质的性质并非随机的，而是被其底层对称性所严格限制和决定的。这种从“是什么”到“为什么是这样”的思维转变，是任何停留在现象描述层面的读物无法给予的。它教会我如何用更抽象、更本质的物理语言去剖析复杂的材料现象，这对于拓宽我的科学视野具有不可估量的价值。

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这本书的行文风格相当严谨，每一个论证都步步为营，绝不容许任何逻辑上的跳跃。我尤其欣赏作者在引入关键概念时所采用的“思想实验”。例如，在阐述电子在周期性势场中的行为时，他并没有直接给出薛定谔方程的解，而是先构造了一个“理想晶体”的模型，然后一步步地引入杂质、缺陷等实际因素。这种层层递进的构建过程，让人能够清晰地追踪到理论是如何一步步从理想走向现实的。书中对于数学工具的运用是恰到好处的，它不会为了炫技而堆砌复杂的数学推导，而是将数学作为理解物理图像的必要语言。当你看到一个公式出现时，作者总是会先用一两段文字解释这个公式的物理意义是什么，它解决了什么具体问题。这对于我这种需要从头建立知识体系的人来说，至关重要。它让我明白，数学在这里不是目的，而是工具，是描述和预测自然现象的精准语言。阅读过程中，我经常需要停下来，对着图表仔细揣摩原子间的相互作用力，那种沉浸式的学习体验非常独特，仿佛真的在用物理学家的眼光重新审视世界。

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全书的排版和插图质量令人印象深刻。对于一本涉及复杂三维结构和能带图的教材来说，清晰的视觉辅助简直是生命线。这本书在这方面做得非常出色。那些能带结构图，用不同的颜色和线条清晰地区分了不同的能级和动量空间，即使是那些复杂的狄拉克锥或者费米面，在图上也能一目了然。更赞的是，作者在讨论晶体振动（声子）时，配上了非常直观的动画演示图（虽然是静态的，但意境十足），展示了不同波长和频率下的晶格振动模式，从声学支到光学支的区分，通过图像的对比变得极其清晰。这大大缓解了仅仅依靠文字描述抽象振动模式带来的认知困难。此外，书中的注释和参考文献也做得非常专业，对于每一个重要的历史性成果或前沿进展，作者都会给出详细的出处，这让有志于深入研究的读者可以很方便地找到原始资料进行扩展阅读。这本书不仅是一本知识的载体，更像是一个精心策划的展览馆，引导读者按部就班地欣赏每一个物理学上的“艺术品”。

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我发现这本书的内容组织非常有层次感，它似乎在精心设计一条“知识的攀登路线”。一开始的晶格和倒易空间概念建立起坚实的基础后，后续章节的推进就显得水到渠成了。比如，在讲解完电子的能带理论后，作者并没有立刻进入复杂的输运理论，而是先花了专门的章节来探讨“相变”。这个安排很精妙，因为它让读者在掌握了微观模型后，能立即看到这些模型如何解释宏观世界中那些突如其来的、剧烈的性质变化，比如磁性消失或转变成为超导体。这种将微观动力学与宏观热力学现象巧妙结合的处理方式，体现了作者深厚的跨学科功底。读完这“上卷”，虽然我知道还有很多更深入的课题如强关联电子体系、非晶态物质等留在了“下卷”，但仅凭这一册所建立起来的扎实基础，我已经对整个凝聚态物理的疆域有了清晰的地图。它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的科学探险指南的引言，让人对接下来的旅程充满期待和敬畏。

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这本书的封面设计很有意思，那种深邃的蓝色调让人联想到宇宙的浩瀚，中间的几何图形又似乎在暗示着物质微观层面的复杂结构。我本来对物理学的理解还停留在高中物理的层面，看到这个标题——《凝聚态物理学（上卷）》，心里其实有点打鼓。但翻开第一页，作者的叙述方式却出乎我的意料。他没有一上来就抛出一堆晦涩难懂的公式，而是用一种非常生动的方式引入了“凝聚态”这个概念，从日常生活中我们习以为常的固体、液体、气体的宏观现象，逐步引导读者去思考这些现象背后隐藏的量子力学原理。比如，他讲到为什么金属会导电，为什么钻石那么坚硬，这些看似简单的问题，深入探究起来却需要构建一个全新的理论框架。这本书的结构安排得很巧妙，前半部分着重于晶体结构的描述，比如布拉格衍射这些基础工具，解释了为什么原子会周期性地排列。读起来感觉像是走进了微观世界的建筑工地，每块“砖块”（原子）的位置、连接方式都直接决定了整个“大厦”（材料）的性质。这种由宏观现象反推微观机制的写作手法，极大地降低了初学者的入门门槛，让我觉得物理学不再是遥不可及的象牙塔里的学问，而是触手可及的、解释我们周围世界的钥匙。

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经典教材了

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凝聚态入门书，但是我就没入门，这书数学很少，介绍性质比较重

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国内写的最好的一本固体物理和材料学书籍。国内学人中典范

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冯老入门课

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我真不好意思说自己读过，凝聚态入门级专业读物，会英文和俄文的同学还是自觉去读朗道大侠的神作……