有机/无机光电功能材料及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:李文连

出品人:

页数:236 页

译者:

出版时间:2005年03月

价格:49.0

装帧:平装

isbn号码:9787030151124

丛书系列:

图书标签:

• 光电功能材料
• 2
• 光电材料
• 有机光电
• 无机光电
• 功能材料
• 光电器件
• 太阳能电池
• LED
• 传感器
• 材料科学
• 纳米材料

深度解析：前沿材料科学的宏大叙事 《超导量子计算的物理学基础与工程实现》 --- 内容概述：跨越理论的鸿沟，直抵前沿计算的核心 本书旨在为读者构建一个全面、深入且极具前瞻性的知识体系，聚焦于当前信息技术革命的基石——超导量子计算。我们摒弃泛泛而谈的科普介绍，而是深入探究支撑这一颠覆性技术的底层物理机制、关键材料特性以及复杂的工程实现路径。全书结构严谨，从量子力学的基本原理出发，逐步过渡到超导电路的设计范式，最终聚焦于实际的量子芯片制造、控制系统集成以及面向应用的算法优化。 本书分为六大部分，层层递进，确保读者能够从微观物理图像到宏观系统构建，实现知识的完整闭环。 第一部分：量子力学基础与信息编码 本部分是理解超导量子计算的理论基石。我们首先回顾量子力学的核心概念，如薛定谔方程、态叠加原理和量子纠缠，但重点在于如何将这些抽象概念转化为可操作的量子比特（Qubit）。 核心章节聚焦： 1. 量子比特的物理实现： 详细讨论了不同类型的量子比特，特别是电荷、磁通和相位量子比特的能级结构与量子相干性。重点剖析了Transmon量子比特的构建原理，解释了其对电荷噪声的优越抵抗性，并通过求解有效的哈密顿量，推导出其频率与尺寸的关系。 2. 量子信息的度量与操作： 深入探讨了量子态的密度矩阵描述、保真度（Fidelity）和相干时间（$T_1, T_2$）的物理意义。内容包括泡利算符的代数结构，以及如何用旋转矩阵精确描述单比特门（如Hadamard、X、Y、Z门）和双比特门（如CNOT、CZ门）的演化。 3. 退相干机制的量化分析： 这一章是本书的亮点之一，它不仅仅停留在现象描述，而是深入到噪声的谱密度分析。详细分析了电磁环境噪声、电路材料缺陷（如涡流和磁通冻结）、以及电荷泵浦效应如何转化为量子比特的退相干通道，并介绍了如何通过优化材料界面和电路设计来抑制这些噪声源。 第二部分：超导电路理论与微纳加工工艺 超导量子计算的实现高度依赖于先进的微纳加工技术和对超导薄膜的精确控制。本部分将理论模型与工程实践紧密结合。 核心章节聚焦： 1. 约瑟夫森结的量子行为： 全面阐述了约瑟夫森效应的微观起源（库珀对的隧穿），推导了标准的DC和AC约瑟夫森关系。重点分析了非线性L-C振荡器模型在描述量子比特时的适用性边界，并引入了更精确的非线性电路模型。 2. 超导材料的挑选与纯化： 深入讨论了铝（Al）、铌（Nb）及其合金作为超导体的关键参数，如临界温度、穿透深度和平均自由程。详细介绍了超纯净的薄膜沉积技术（如原子层沉积ALD和分子束外延MBE），以及优化晶界和缺陷控制对提高$T_1$时间的重要性。 3. 微纳加工的极端要求： 详述了光刻、电子束光刻（EBL）到聚焦离子束（FIB）在制造高精度超导谐振器和量子比特时的工艺流程。特别关注了表面氧化层的控制，这是维持低耗散特性的关键环节，介绍了先进的表面钝化和保护技术。 第三部分：量子电路的集成与耦合 量子计算的扩展性依赖于高效的比特间通信和控制。本部分关注如何将离散的量子比特阵列连接成一个功能性处理器。 核心章节聚焦： 1. 可调谐耦合器设计： 探讨了实现高保真双比特门所需的快速、无损的耦合机制。详细分析了基于耦合谐振器、电荷调谐器以及磁通调谐器的耦合器结构，包括其非理想耦合参数（如串扰和泄漏）的计算方法。 2. 量子总线（Quantum Bus）与布局优化： 研究了如何设计具有高品质因子（Q值）的传输线和耦合腔体，以最小化信息在传输过程中的损耗。讨论了二维和三维阵列中的拓扑布局策略，以平衡连接密度与串扰抑制。 3. 读出系统的设计： 阐述了如何利用高灵敏度的超导谐振器（如Josephson Parametric Amplifiers, JPA）对量子比特的状态进行快速、非破坏性的测量。分析了放大器噪声对测量保真度的限制，并介绍了如何设计优化的脉冲序列以实现快速单次读出。 第四部分：低温与控制电子学（Cryo-Electronics） 量子芯片的运行环境是极端的低温（毫开尔文级别）和复杂的微波控制。本书将量子工程的这一维度提升到与物理同等重要的地位。 核心章节聚焦： 1. 稀释制冷机的原理与优化： 详细介绍稀释制冷机（Dilution Refrigerator）的热力学循环和关键组件（如混合室、热交换器）的设计参数。重点分析了如何通过优化热负荷管理和屏蔽技术，将基底温度稳定在15 mK以下，并有效隔离环境振动。 2. 低温控制电子学（Cryogenic Control）： 探讨了如何将室温下的数字信号转化为精确的微波脉冲序列。详细分析了低温场效应晶体管（HEMTs）和游标效应放大器（JPAs）在低温环境下的性能特征，以及如何设计低噪声、高线性度的信号链。 3. 脉冲序列的生成与校准： 聚焦于FPGA/AWG系统如何精确控制门操作的相位、幅度和持续时间。介绍了先进的反馈控制算法（如基于梯度下降的门校准），以实时补偿低温漂移和元件老化导致的参数漂移。 第五部分：量子计算的算法与容错编码 本书最后一部分将目光投向应用层面，探讨了如何利用有限的、有噪声的量子比特实现有意义的计算。 核心章节聚焦： 1. Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) 算法： 深入分析了变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）的结构，并着重讨论了在有限相干时间下优化电路深度和参数更新策略的挑战。 2. 量子纠错码（QEC）的物理实现： 详细介绍了表面码（Surface Code）的拓扑结构和稳定子测量流程。分析了在特定硬件架构下，实现逻辑比特所需的物理比特冗余度和误差阈值的关系。 3. 从逻辑到物理的映射策略： 讨论了如何将抽象的逻辑电路映射到具有特定连接限制和噪声特征的物理芯片上，包括最优化的布线和错误缓解技术。 --- 本书的特色： 本书深度融合了凝聚态物理、射频工程、低温物理和计算机科学的交叉知识，避免了单纯的理论堆砌或浮于表面的技术描述。所有关键概念均辅以详细的数学推导和实际工程参数作为支撑，是致力于深入理解和实践超导量子计算的科研人员、高年级研究生及资深工程师的必备参考书。我们相信，唯有深刻理解材料的微观特性与宏观系统的集成挑战，才能真正推动下一代计算技术的飞跃。

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这本书在内容深度上的挖掘，简直可以用“刨根问底”来形容。我特别关注了其中关于缺陷工程和界面控制的那几个章节，原本以为这些属于非常尖端、资料稀缺的领域，没想到作者竟然能够用如此详尽的篇幅进行阐述。它不仅仅停留在“需要优化界面”这种泛泛而谈的层面，而是深入到了不同晶界偏离角度对载流子迁移率的具体影响，甚至引用了大量第一性原理计算的结果来佐证，这对于需要进行前沿研究的读者来说，简直就是一本“圣经”。阅读过程中，我时不时会停下来，拿出旁边的计算软件手册，尝试复现书里提到的某些模拟结果，那种知识可以立即转化为实践的即时反馈感，是其他很多理论教材所无法提供的。更让我感到惊喜的是，它对一些经典理论（比如Shockley-Queisser极限）的介绍，并非是简单的公式罗列，而是追溯了其理论产生的历史背景和局限性，这使得读者在理解这些“定论”时，能够保持一种批判性的思维，而不是盲目地接受。这种对知识源头和边界的清晰界定，极大地提升了这本书的学术价值和可信度。

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我注意到这本书在引用文献方面做得极其慷慨和全面，这对于判断一本书的学术地位至关重要。它似乎不仅仅局限于引用近几年的高被引论文，而是对整个领域的发展脉络进行了梳理，从上世纪中叶奠定基础的奠基性工作，到最近两年刚刚登上Nature/Science封面的突破性进展，都一一囊括其中。每当书中提到一个关键概念或者一个重要的实验数据时，旁注的参考文献列表就清晰地指向了原始的出处，这让读者在产生疑问或希望深入了解某个特定分支时，有了一条清晰可靠的导航路径。我个人利用书中的引用链条，成功地挖掘出了几个我之前一直未能找到的、关于特定半导体材料界面态的早期俄文文献的英文翻译版本，这极大地拓宽了我的研究视野。这种对知识产权和历史脉络的尊重，使得这本书不仅仅是一本教科书，更像是一部浓缩的、高度提纯的领域发展史，体现了作者深厚的学术积累和严谨的治学态度。

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这本书的语言风格，初看之下或许会让人觉得有些“冷硬”，但仔细品味，却能发现其中蕴含的严谨美学。作者似乎对每一个技术术语的选择都经过了深思熟虑，很少使用那些华而不实的修饰词，全篇都贯彻着一种“用最精确的词汇描述最复杂的现象”的原则。这种风格的好处是，它极大地减少了信息传递中的损耗，读者几乎可以百分之百地相信书中呈现的每一个数据和论点都是经过严格验证的。我记得有一个段落描述了薄膜生长过程中原子级别的竞争与协作，用到了“动力学竞争下的热力学稳态”这样的描述，寥寥数语，就将复杂的沉积过程的本质勾勒了出来，那种简洁而富有力量感的表达，比起冗长的描述要高明得多。当然，对于完全没有基础的读者来说，一开始可能会因为这种高密度的专业词汇感到有些吃力，但只要坚持下去，这种精准的表达方式反而会成为一种强大的学习工具，因为它在潜移默化中塑造了我们对科学问题的规范化思维模式。

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从整体的阅读体验上来说，这本书给我带来了一种踏实、可靠的感觉，非常适合作为专业研究人员案头的参考工具书。它不像某些新出版的、为了追赶热点而仓促成书的材料那样，在某些关键的、需要长期沉淀才能理解的物理机制上含糊其辞，而是选择了直面难题，并给出多角度的解析。例如，书中对光电转换效率损失机制的剖析，就分别从光吸收效率、载流子分离、传输损耗以及复合机制这几个维度进行了细致的“解剖”，并且对于不同材料体系（例如钙钛矿与传统硅基）的特有瓶颈也做了清晰的区分。这种结构性的思考方式，帮助我重新梳理了自己过去零散的知识点，让它们形成了一个有机的整体。这本书的价值在于，它不是简单地告知你“是什么”，而是深入探讨“为什么会这样”，并进一步引导你思考“如何才能做得更好”，这种引导性，是任何快速阅读或网络搜索都无法替代的，它真正体现了深度阅读的价值所在。

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这本书的装帧设计，说实话，相当的朴实无华，封面那种略带磨砂质感的深蓝色调，配上醒目的白色宋体字，一下子就把人拉回到了那种严谨的学术氛围中。我拿到手的时候，首先被它沉甸甸的重量感所吸引，这可不是那种轻飘飘的、随随便便就能翻完的小册子，光是掂在手里就知道里面堆砌了多少知识的“砖头”。内页纸张的选择也偏向哑光，印刷出来的图表和公式锐利清晰，即便是那些复杂的能带结构图或者晶体结构示意图，看起来也不会因为纸张反光而让人头疼。我花了点时间研究了一下目录结构，感觉编排上非常注重逻辑性和递进性，从基础的光电效应理论讲起，然后层层深入到不同材料体系的合成、表征，最后才过渡到具体的器件应用，这种由浅入深的布局，对于初学者来说无疑是一剂强心针，能让人在知识的海洋里不至于迷失方向。特别是它在章节衔接处的过渡语，虽然文字不多，但那种承上启下的感觉处理得非常自然，不像有些教材那样生硬地堆砌知识点，而是像一位经验丰富的老教授在循循善诱，引导你一步步构建起完整的知识体系。我个人对这种注重细节、尊重读者学习习惯的排版深表赞赏。

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