Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:North Holland

作者:K.A. Gschneidner

出品人:

页数:692

译者:

出版时间:1994-09-01

价格:USD 398.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444817242

丛书系列:

图书标签:

• 稀土
• Rare Earths
• Physics
• Chemistry
• Materials Science
• Condensed Matter Physics
• Spectroscopy
• Magnetism
• Luminescence
• Chemical Physics
• Inorganic Chemistry

探寻宏观之下的微观世界：材料科学与凝聚态物理前沿进展 内容提要： 本书汇集了当前凝聚态物理、材料科学、以及相关交叉学科领域最前沿的研究成果与深刻见解。全书分为四个主要部分，系统性地探讨了从新型功能材料的理性设计与合成，到复杂量子现象的精确表征与理论理解。重点关注领域包括：拓扑材料的输运性质、强关联电子系统的非传统超导机制、低维纳米结构的量子调控，以及利用先进光谱学和同步辐射技术揭示材料内部的动态过程。本书旨在为高年级本科生、研究生以及致力于功能材料研发和基础物理探索的科研人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考平台。 --- 第一部分：拓扑物态与量子输运现象 第一章：拓扑绝缘体与半金属的界面物理 本章深入剖析了拓扑材料的独特边界态。我们不再仅仅关注体态的拓扑不变量，而是将重点聚焦于材料界面、边缘和缺陷对电子输运的决定性影响。讨论内容涵盖了不同晶格结构和对称性保护下的拓扑相变，特别是二维（2D）和三维（3D）拓扑材料在异质结中的耦合行为。详细阐述了受电场或磁场调控时，狄拉克点和外尔点附近电子的低能激发特性，并探讨了如何利用这些界面效应实现高效、低损耗的量子信息传输。我们引入了基于紧束缚模型（Tight-Binding Model）和第一性原理计算（DFT）来精确预测和模拟界面态密度（DOS）的方法。 第二章：手性磁性材料中的马约拉纳零能模 手性磁性系统是实现拓扑超导性的关键平台。本章集中探讨了在具有反演对称性破缺的磁性晶体中，如何诱导出具有非阿贝尔统计特性的准粒子——马约拉纳费米子。我们详细分析了螺旋自旋结构、Skyrmion晶格等磁性拓扑结构如何影响费米面附近的电子能带重构。章节着重介绍了利用扫描隧道显微镜（STM）在表面或界面上观测到零偏压电导峰（Zero-Bias Peak）的实验证据，并对比了不同理论模型（如p波配对和Majorana束缚态模型）对实验数据的拟合能力。此外，还讨论了如何通过外加应变或掺杂来精细调控马约拉纳态的拓扑保护强度和位置。 第三章：高阶拓扑材料的分类与合成挑战 超越传统的二维和三维拓扑绝缘体，本章介绍了高阶拓扑相（Higher-Order Topological Phases, HOTIs）的概念，例如具有拓扑平面的材料（如二阶拓扑绝缘体，具有受保护的边缘态而非表面态）。我们系统回顾了基于对称性指示（Symmetry Indicators）的分类方法，并讨论了在实际晶体生长中，如何通过精确控制生长温度、压力和气氛，实现具有特定高阶拓扑性质的单晶或薄膜的制备。重点分析了表面重构如何破坏或保护高阶拓扑特性，以及如何通过表面钝化策略来稳定所需的拓扑边界。 --- 第二部分：强关联电子系统的新兴物理 第四章：高温超导体的机制探索：轨道自由度的作用 本部分聚焦于强关联体系中，特别是铜氧化物（Cuprates）和铁基超导体（Iron-based Superconductors）中非传统的配对机制。本章详细考察了电子的轨道自由度（Orbital Degrees of Freedom）在配对对称性形成中的核心作用。我们探讨了如何通过实验手段（如X射线吸收谱XAS和磁圆二色性MCD）来分辨不同d轨道或f轨道的贡献，并结合多轨道Hubbard模型和Luttinger-Kanamori液体理论，解释为何在某些材料中，配对发生在一个特定的轨道子空间内。章节还对比了电荷密度波（CDW）与超导态之间的竞争与共存现象。 第五章：莫特绝缘体中的电荷动力学与相分离 莫特绝缘体是理解电子-电子相互作用强度的基础模型。本章深入分析了在临界掺杂区域，莫特绝缘体内部的电荷输运行为。重点讨论了电荷/自旋涨落如何导致相分离（Phase Separation），形成电荷斑点（Charge Patches）或条纹结构。我们利用时间分辨的X射线衍射技术（TR-XRD）追踪了在超快激光激发下，电荷有序态向金属态转变的动力学过程，并探讨了电子-声子耦合在稳定或破坏电荷有序态中的作用。此外，对“边”效应（Edge Effects）在小尺寸莫特系统中对整体电学性质的影响进行了理论建模。 第六章：新型量子自旋液体（QSL）的实验验证 量子自旋液体是一种基态高度纠缠、缺乏长程磁序的奇异磁性相。本章系统回顾了近年来最有希望的QSL候选材料，如Herbertsmithite家族（Kagome格子）和Kitaev模型相关的铱酸盐材料。核心内容在于如何区分真正的分数激发（如任意子/Anyons）与磁有序的低能激发。我们着重分析了高精度热容测量、中微子散射实验（Neutron Scattering）中观测到的色散模糊峰（Broadened Phonon-like Modes），以及如何利用μ子自旋旋转（$mu$SR）技术来探测纳秒尺度的磁性涨落，以确立QSL的实验指纹。 --- 第三部分：低维与界面材料的量子调控 第七章：二维异质结中的范德华异质结构 范德华（vdW）异质结的搭建，为功能材料的集成提供了前所未有的自由度。本章详细介绍了如何通过精确控制堆叠角度（Twisted Angle）来诱导材料产生“扭曲物理”（Twisted Physics），例如在双层石墨烯中观察到的“魔角超导”（Magic-Angle Superconductivity）。章节内容涵盖了不同材料界面处的轨道匹配、电荷转移效应，以及如何通过垂直电场在异质结中建立能带倾斜（Band Tilting），从而实现对电荷传输的单向控制。我们讨论了利用近场红外光谱（s-SNOM）来成像和量化界面处的局域电荷积累。 第八章：量子点与量子阱中的激子动力学与室温光电器件 本章关注半导体纳米结构中的激子（Exciton）行为。在量子点中，尺寸量子化效应极大地增强了激子束缚能，使得在室温下仍能保持高发光效率。我们探讨了载流子弛豫路径的精细调控，包括声子辅助弛豫和表面缺陷态的影响。针对量子阱结构，本章介绍了如何利用外部电场引起的斯塔克效应（Stark Effect）来调控光致发光光谱，并讨论了如何设计新型核壳（Core-Shell）量子点结构，以有效抑制界面非辐射复合，提升光电转换效率。 第九章：二维材料的表面化学与环境效应 二维材料（如过渡金属硫化物TMDs）的性能对表面环境极其敏感。本章研究了不同吸附物（如水分子、氧气或环境气体）与二维晶体表面的相互作用机制。我们利用X射线光电子能谱（XPS）和表面敏感的拉曼散射光谱，量化了表面吸附引起的电子结构变化（如费米面移动）。特别关注了环境因素如何影响二维材料中的带隙、载流子迁移率，以及如何通过原子层沉积（ALD）技术，引入保护层来稳定材料的内在量子特性。 --- 第四部分：前沿表征技术与计算模拟 第十章：同步辐射与自由电子激光在材料科学中的应用 现代物理研究高度依赖于高亮度、高时间分辨的探测工具。本章详细介绍了同步辐射光源和自由电子激光（FEL）在材料原位（In-situ）和动态研究中的关键作用。我们讨论了高能X射线吸收近边结构（XANES）如何提供元素和价态的敏感信息，以及扩展吸收精细结构（EXAFS）如何确定局部原子结构。对于超快过程，我们侧重于超快X射线衍射（Ultrafast X-ray Diffraction）如何捕获晶格振动和磁序的演化，以及高次谐波产生（High Harmonic Generation）在探测材料中瞬间产生的强场电子动力学中的潜力。 第十一章：第一性原理计算在强关联系统中的突破 描述强关联电子体系的计算方法面临巨大挑战。本章回顾了计算材料科学的最新进展，特别是针对多体问题的求解方案。除了标准的密度泛函理论（DFT）及其局限性，我们重点讨论了动态平均场理论（DMFT）及其结合紧束缚模型的扩展（DFT+DMFT）如何成功预测莫特转变、赝能隙的形成以及电子结构的重正化。此外，还介绍了利用机器学习（ML）加速势能面（Potential Energy Surfaces）的构建，以实现更长、更可靠的分子动力学模拟。 第十二章：低温与高压下的极端条件物理研究 极端条件是激发新奇物态的有效手段。本章介绍了用于实现接近绝对零度（mK级）和超高静水压力（GPa级）的实验技术。在低温方面，重点讨论了稀释制冷机和绝热去磁制冷技术在研究量子相变中的应用，以及如何避免振动和磁场污染。在高压方面，我们详细阐述了金刚石对顶砧（DAC）技术的操作细节，以及在原位监测高压下结构变化（如利用高压拉曼或X射线衍射）的关键挑战。本章探讨了压力诱导的超导电性和压力驱动的拓扑相变现象。 --- 本书旨在激发读者对凝聚态物质中复杂物理现象的深入思考，强调实验观察与先进理论计算相结合的研究范式，为下一代功能材料的发现与理解奠定坚实的知识基础。

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