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出版者:化工出版社

作者:沈以赴

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2005-5

价格:52.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502567170

丛书系列:

图书标签:

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• 物理学
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 半导体物理
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深入探索物质世界的结构与性质：现代凝聚态物理前沿导览 本书面向具有扎实普通物理和初步量子力学基础的本科高年级学生、研究生以及科研人员，旨在提供一个全面、深入且紧跟前沿的凝聚态物理学习路径。它不侧重于传统的晶体学或简单晶格振动模型，而是将焦点集中在那些驱动现代材料科学、信息技术和量子技术发展的核心物理概念和复杂现象。 核心内容涵盖： 第一部分：从电子行为到能带结构的精细化描述 本部分将超越基础的自由电子模型和简单的周期势场近似，深入探究电子在实际晶体环境中的复杂行为，并为理解各种先进材料的电学、光学特性奠定理论基础。 1. 电子的准粒子概念与晶格相互作用的精细化处理 我们将详细剖析为什么电子在晶格中可以被有效地视为“准粒子”，以及这种近似的物理意义。重点将放在如何精确地描述电子与晶格振动（声子）之间的耦合效应。不同于简单的德拜模型，本章将引入费曼图技术在处理电子-声子散射中的应用，解释如极化激元（Polarons）的形成机制及其对电荷传输的影响。此外，还将探讨电子-电子相互作用的平均场理论（如Hartree-Fock方法）的局限性，并过渡到更精确的密度泛函理论（DFT）的基础框架，特别是泛函的选择对计算结果（如能带隙、晶格常数）的敏感性分析。 2. 拓扑材料的能带理论扩展 传统能带理论主要依赖于晶格的平移对称性。本章将引入更广义的对称性概念，特别是时间反演对称性和晶体动量空间的拓扑不变量。我们将深入讲解如何利用布里渊区中的高对称点和线来定义拓扑不变量（如陈数、Z2不变量）。重点案例研究将包括： 狄拉克和外尔半金属： 详细推导其在低能下的线性色散关系，并解释其表面态（如狄拉克锥的形成）的内在物理机制，及其对磁阻抗的影响。 拓扑绝缘体： 区分正向和反向拓扑绝缘体，并通过对自旋轨道耦合（SOC）的精细分析，阐释其体态绝缘而表面导电的特性，以及手性表面态的鲁棒性。 第二部分：先进凝聚态系统的集体激发与长程关联 本部分聚焦于材料中电子和原子核集体行为所产生的复杂激发模式，这是理解超导、磁性以及介电响应的关键。 3. 强关联电子系统的多体物理学 不再将电子视为独立粒子，本章将探讨强关联系统的核心挑战。我们将从Hubbard模型入手，分析其在不同填充数下的基态性质。 莫特绝缘体： 详细讨论如何通过电子间的库仑排斥（$U$项）克服晶格诱导的能带宽度，导致电荷局域化。 动力学平均场理论（DMFT）： 介绍DMFT作为处理强关联问题的有效工具，如何将周期性晶格问题映射到杂质问题，以及其在研究高温超导和重费米子系统中的应用。 4. 介电响应与晶格动力学的深入分析 本章将超越静态介电常数的计算，着眼于材料在时域和频域内的动态响应。 非局域响应与玻恩有效理论： 引入非局域极化率的概念，并利用玻恩-奥本海默近似的修正项来描述离子实位移对电子波函数的影响。 铁电性与软模现象： 深入分析铁电相变中的平均场理论，特别是临界点附近的“软模”行为。探讨反铁电体与铁电体在对称性破缺上的微妙差异，以及多铁性材料中电学和磁学耦合的微观机制。 第三部分：量子相变与新型低维物理 本部分关注在极端条件（如低温、高压或低维度）下，系统所展现出的新奇量子效应和相变行为。 5. 经典与量子临界现象的统一描述 我们将探讨一阶和二阶相变之间的过渡区域，重点分析量子临界点（QCPs）。 重整化群（RG）方法： 介绍利用RG方法对临界现象进行标度分析，并将其从经典系统扩展到量子系统（涉及虚时间维度）。 非费米液体行为： 在量子临界点附近，费米液体理论失效，系统表现出奇异的输运性质。本章将利用量子洛伦兹不变性或全息对偶等前沿概念，尝试解释这些非费米液体行为的普适性。 6. 低维系统的自由度耦合与拓扑序 本章将专门讨论准二维和一维系统中特有的物理现象。 一维系统的Luttinger液体理论： 阐述如何在Luttinger液体中，自旋和电荷自由度发生“分离”（Spin-Charge Separation），并讨论其开尔文波的低能激发。 二维电子气（2DEG）与分数霍尔效应： 详细分析强磁场下2DEG的朗道能级结构，以及分数量子霍尔效应中朗道能级部分填充时出现的具有非阿贝尔统计的准粒子——这是实现拓扑量子计算的关键物理对象。我们将通过Laughlin波函数来理解这种长程量子纠缠态的基态性质。 本书的特点在于： 1. 理论深度与计算实践的结合： 在介绍复杂理论模型的同时，穿插了现代计算物理技术（如第一性原理计算在拓扑分类中的应用）的概述，使读者能将理论工具应用于实际材料的预测与分析。 2. 前沿导向： 选取了当前凝聚态物理研究热点，如拓扑材料、强关联动力学和量子临界性，确保内容的时效性和研究指导价值。 3. 数学严谨性： 在推导过程中注重物理图像的清晰性，同时保持必要的数学严谨性，特别是在量子场论和对称性分析部分。 通过研读本书，读者将能够从基础的晶体结构概念，提升至对复杂多体系统和新兴量子物质态的深刻理解，为未来的研究和应用打下坚实的基础。

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我曾尝试过几本国外的经典教材，它们虽然内容权威，但翻译过来的中文术语有时会让人感到生涩和隔阂，尤其是那些专有名词的中文表达习惯，往往需要我花费额外的时间去适应或对照英文原文。这本书的语言风格则完全没有这个问题，它似乎是专为中文学习者“量身定做”的，行文流畅自然，充满了学术的严谨性，但又不失中文特有的表达韵味。例如，对于一些关键的物理图像的描述，译者或作者似乎总能找到那个最贴切、最传神的中文词汇，让概念的传递几乎是无损耗的。这使得我在阅读时能够保持一种高度沉浸的状态，不用频繁地进行“语言解码”的工作，从而将更多的认知资源投入到物理思想的理解上，极大地提高了阅读效率。

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这本书的编排体系，最让我感到惊喜的是它对实验观测与理论模型的结合处理。很多物理教材往往将实验和理论割裂开来，理论推导完就结束了，但这本书的不同之处在于，它在每一个关键理论模型建立之后，都会紧接着提供一个或多个与之对应的标志性实验发现，并简要阐述该理论如何解释这些现象。比如，在讲解德鲁德模型时，作者很巧妙地引入了霍尔效应的讨论，以及后续关于比热容的计算差异，这种“理论解释现象”的闭环设计，极大地增强了理论学习的现实意义和说服力。它让我们真切地感受到，我们所推导的公式不是空中楼阁，而是描述真实世界物质行为的有力工具，这种强调物理学应用价值的教学方法，无疑是激励年轻一代投身科研事业的有效途径。

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与其他一些动辄上千页、内容堆砌的“百科全书式”的参考书不同，这本书的选材和内容的取舍显得尤为精炼和高效。它明显是为系统学习者精心设计的，每一章的内容都紧密围绕着“基础”这一核心目标展开，没有过多枝节，也没有为了炫技而引入那些在入门阶段并不必要的复杂模型。这种克制感非常可贵，它确保了学习者能在一个合理的进度内，扎实地掌握凝聚态物理的基石——从晶体结构到能带理论的核心逻辑。我尤其欣赏它在习题设计上的匠心独运，习题不是简单的计算重复，而是巧妙地设计成对前文概念的深化和检验，很多题目需要你综合运用好几节的内容才能得出答案，这种设计极大地锻炼了我们融会贯通的能力，避免了“学完就忘”的窘境。

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坦白讲，我原本对深入理解“准粒子”这类概念感到相当畏惧，总觉得那是一堵难以逾越的知识高墙。然而，这本书在处理这些高阶课题时，展现出一种近乎魔术般的叙事技巧。作者没有一上来就抛出晦涩的数学公式，而是先用非常生动的类比，比如将电子的集体激发比作水面上的涟漪，或者将晶格振动比作一排紧密排列的多米诺骨牌，这些接地气的比喻极大地降低了理解门槛。随后，在建立起直观概念后，再逐步引入严谨的数学框架，这种由浅入深的教学路径，使得原本令人头皮发麻的量子场论语言也变得平易近人起来。我发现自己不再是被动地记忆公式，而是真正开始理解这些概念是如何从基本的物理原理中“生长”出来的，这对于提升学习兴趣和内驱力是至关重要的。

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这本教材的排版和装帧简直是视觉上的享受，纸张的质感非常厚实，即便是反复翻阅也不会轻易出现磨损，这对于我们这些需要长时间盯着书本学习的学生来说太重要了。光影的处理和图示的清晰度也做得非常出色，那些复杂的晶体结构图，在彩色的印刷下显得层次分明，那些原本抽象的概念，通过精美的插图瞬间具象化了。尤其是关于布拉菲晶格的部分，作者的配图简直是教科书级别的典范，即便是初次接触这些复杂几何概念的人，也能通过这些图示快速建立空间想象。而且，书中的章节划分逻辑性极强，每一步的推导都衔接得天衣无缝，让人感觉阅读过程如同散步在精心规划的花园中，每一步都有清晰的指示，绝不会迷失方向。这种对细节的极致追求，体现了出版方对学术质量的严肃态度，让人对即将展开的知识探索充满了信心和期待。

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