有限晶体中的电子态 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京大学

作者:任尚元

出品人:

页数:241

译者:

出版时间:2006-5

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787301096468

丛书系列:北京大学物理学丛书

图书标签:

• 物理
• 半导体物理
• 固体物理
• 晶体物理
• 电子态
• 能带理论
• 量子力学
• 计算物理
• 材料物理
• 凝聚态物理
• 半导体物理
• 有限尺寸效应

有限晶体中的电子态 本书深入探讨了在有限尺寸的晶体结构中，电子所呈现的独特行为和性质。不同于无限延伸的周期性晶格，有限晶体因其边界效应而展现出更为复杂和丰富的电子态。我们旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架，从基础理论到前沿应用，揭示这些“边缘”上的电子世界。 第一部分：基础理论与模型 我们将从量子力学和固体物理学的基本原理出发，回顾电子在周期性势场中的行为。在此基础上，重点介绍引入表面和界面后，电子波函数如何发生变化。内容将涵盖： 单电子近似与能带理论： 回顾Bloch定理在无限晶体中的应用，以及其在有限晶体中遇到的挑战。 表面态与界面态的起源： 详细分析由于势能截断和原子排列改变，在晶体表面和界面处形成的局域化电子态，例如表面休斯态（Shockley states）和表面斯派尔态（Tamm states）。 维度限制效应： 探讨量子尺寸效应（Quantum Size Effect）如何影响电子的行为。从体相（3D）到薄膜（2D）、纳米线（1D）和量子点（0D），分析维度降低对电子能谱、态密度以及光学性质的深刻影响。 有效质量近似与电子散射： 讨论在有限晶体中，电子的有效质量可能发生的变化，以及表面粗糙度、缺陷等对电子散射的独特贡献。 第二部分：有限晶体的结构与特性 本部分将聚焦于不同类型的有限晶体结构，并阐述其电子态的具体表现。我们将结合具体的例子，帮助读者建立直观的理解。 二维材料（例如：石墨烯、过渡金属二硫化物）： 深入研究这些二维材料独特的狄拉克锥能带结构、高迁移率电子以及量子霍尔效应等。分析边缘效应、缺陷如何影响其电子特性。 低维纳米结构（例如：量子线、量子点）： 探讨量子囚禁效应如何导致电子能级的分立，从而产生独特的发光和输运特性。讨论量子点的光学性质，如尺寸依赖的荧光。 纳米颗粒与表面异质结构： 分析小尺寸效应如何改变块体材料的电子结构，以及不同材料界面形成的电子态，例如肖特基势垒和欧姆接触。 团簇与分子晶体： 考察极小尺寸下，电子的离域性和局域性之间的相互作用，以及分子间相互作用对电子态的影响。 第三部分：表征技术与实验观测 理论的构建离不开实验的验证。本部分将介绍用于研究有限晶体中电子态的关键实验技术，以及如何解读实验结果。 扫描隧道显微镜（STM）与原子分辨率成像： 介绍STM如何直接观测表面电子态的局域性和分布，以及态密度谱（LDOS）的测量。 角分辨光电子能谱（ARPES）： 讲解ARPES如何探测二维材料的电子能带结构，并揭示其动量空间中的电子态。 透射电子显微镜（TEM）与能量色散X射线谱（EDX）： 介绍TEM在纳米结构成像和成分分析中的作用，以及如何辅助理解电子态的结构起源。 光学谱学技术（例如：吸收光谱、荧光光谱）： 讨论有限晶体独特的电子跃迁及其在光学光谱中的表现，例如量子点对尺寸敏感的光学性质。 输运测量技术： 介绍如何通过测量电导率、磁阻等输运性质来探究电子的局域化、散射以及相干性。 第四部分：理论计算方法 为了更精确地理解和预测有限晶体中的电子态，强大的计算工具必不可少。本部分将介绍主要的理论计算方法。 密度泛函理论（DFT）： 详细阐述DFT在计算有限晶体电子结构中的应用，包括超胞方法、表面模型等。 紧束缚模型（Tight-binding model）： 介绍紧束缚模型如何简化电子与原子核之间相互作用的描述，特别适用于研究表面态和低维材料。 量子蒙特卡洛方法： 探讨其在高精度计算强关联体系电子态方面的优势。 数值计算与模拟： 讨论使用数值方法求解薛定谔方程，以及分子动力学模拟等与电子态相关的计算。 第五部分：前沿进展与应用 最后，我们将展望有限晶体中电子态的研究在未来可能带来的突破，以及其在各个领域的潜在应用。 拓扑电子学： 探索在有限晶体中可能存在的拓扑电子态，例如量子自旋霍尔效应，以及其在低功耗电子器件中的应用前景。 量子信息与量子计算： 研究利用量子点、纳米线等构建量子比特，以及其电子态的相干性维持和操控。 催化与传感： 分析有限晶体表面电子态在催化反应中的关键作用，以及其作为化学传感器的潜力。 光电子器件与能源技术： 探讨有限晶体在太阳能电池、LED、以及热电转换等领域的应用。 本书旨在为从事凝聚态物理、材料科学、化学以及相关工程领域的科研人员、研究生提供一个系统的学习平台。我们力求语言清晰、逻辑严谨，并配以丰富的图示和实例，使复杂的概念易于理解。通过阅读本书，读者将能够深刻理解有限晶体中电子态的独特性质，并为相关前沿研究和技术开发奠定坚实的基础。

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这本书的排版和图示设计堪称一绝，它成功地在保持学术严谨性的同时，极大地提升了阅读的愉悦感。不同于一些物理学著作常有的晦涩难懂的图表，这里的插图往往是精心挑选的，它们不仅仅是公式的视觉辅助，更是对抽象概念的具象化阐释。比如，在描述电子在特定势场中的运动轨迹时，作者采用了一种非常直观的色彩编码和等高线图的结合方式，使得原本需要复杂积分才能理解的势能面变得清晰可见。更值得称赞的是，作者在引入新概念时，总会辅以历史背景的介绍，这使得阅读过程充满了探索的乐趣，仿佛跟随一位经验丰富的向导在物理学的迷宫中前行。这种叙事手法，让枯燥的数学推导不再是障碍，而成为了通往更深层次理解的桥梁，极大地激发了我继续钻研下去的渴望。

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这部关于固体物理的著作，给人的第一感觉是其内容构建的深度和广度令人印象深刻。作者似乎非常擅长于将复杂的量子力学概念融入到对材料微观结构的解析中，尤其是对“晶体”这一核心概念的探讨，远超出了常规教科书的范畴。它没有止步于介绍布洛赫定理这类基础理论，而是深入挖掘了在特定边界条件和周期性被打破的情况下，电子波函数的演化路径。书中对能带结构的分析，不再是简单的二维或三维示意图的罗列，而是引入了更精细的群论工具和对称性分析，使得读者能够真正理解为何某些区域会出现禁带，以及费米面附近的态密度是如何被调控的。例如，书中关于晶格缺陷和无序对电子局域化影响的论述，细致入微，引人深思。这种由理论推导到物理图像构建的完整链条，体现了作者深厚的学术功底和卓越的教学能力，使得即便是初次接触该领域的读者，也能逐步领悟到电子行为背后的基本原理。

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从内容组织上看，这本书的逻辑流畅得如同精心编排的交响乐。它没有采用传统的“先讲完一遍基础再深入”的堆砌式结构，而是采用了一种层层递进、相互印证的方式。每一次深入，都是建立在前面章节所构建的坚实基础之上，并且引入了新的工具或视角来重新审视已被介绍的概念。例如，在介绍完晶格振动对电子散射的影响后，作者立刻将其与磁性杂质引入后的电子输运联系起来，构建了一个更接近真实材料的复杂模型。这种“螺旋上升”的讲解方式，极大地避免了知识点的遗忘和割裂感。读完后，我感觉脑海中的知识体系不是零散的碎片，而是一个有机连接的整体结构，非常有助于进行创新性的思考和问题建模。

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我尤其欣赏作者在处理“边界效应”时的细腻笔触。很多关于理想晶体的讨论，往往忽略了宏观物体必然存在的有限尺寸效应，但本书却将这些“边缘效应”提升到了一个核心探讨的高度。书中对不同维度和几何形状下的电子态密度函数（DOS）的详细计算和对比分析，清晰地揭示了尺寸、形状乃至表面势垒如何重塑原本在无限晶体中清晰的能带结构。这种对“有限性”的强调，让我对现实世界中纳米器件和薄膜材料的电子特性有了全新的认识。作者似乎在不断地提醒我们：物理学的真谛往往隐藏在那些被简化模型所忽略的“细节”之中。书中对表面态、束缚态的深入探讨，对于材料科学和凝聚态物理的交叉研究者而言，无疑具有极高的参考价值。

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这本书的文字风格非常独特，它既有严谨的科学论证，又不失一种深沉的哲学思辨色彩。作者在阐述电子的量子行为时，经常会穿插一些对波函数本质、测量问题等基础哲学问题的思考，这使得阅读体验远超了一本纯粹的技术手册。例如，在讨论电子的局域化与离域化转换机制时，作者的措辞充满了对自然界内在对称性和非对称性的敬畏，这种文风感染力极强，让人在学习硬核知识的同时，也能感受到物理学之美与深邃。它成功地做到了将冰冷的数学语言与富有洞察力的物理直觉完美结合，为读者提供了一个既可以作为深入研究的工具书，又可以作为激发学术灵感的哲学读物的双重价值。

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接近实际情况

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Bloch波的无限性假设在现实中可能不符合，有边界效应和表面电荷修正，其实物理中的很多计算是近似的，所以，其应用的时候需要小心和谨慎，这本书就指出了这一点。完美的计算仅仅是重复自然，不是解释自然----PW。安德森

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