Electrical Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Thomson Learning

作者:Zachariason, Rob

出品人:

页数:112

译者:

出版时间:2007-4

价格:174.00元

装帧:Pap

isbn号码:9781418064969

丛书系列:

图书标签:

• 电气材料
• 材料科学
• 电子工程
• 物理学
• 半导体
• 绝缘材料
• 导体材料
• 电磁学
• 工程材料
• 应用物理

固体物理学导论：从晶体结构到量子效应 本书聚焦于对现代物理学和材料科学基石——固体物理学的系统性、深入探讨。它并非侧重于特定工程应用材料（如书名《Electrical Materials》所示的范畴），而是致力于构建一个坚实的理论框架，解释宏观物质特性如何源于其微观的原子和电子排列。 本书结构严谨，逻辑清晰，旨在引导读者从最基本的晶体几何概念出发，逐步攀登至复杂的电子能带理论和先进的凝聚态现象。我们相信，对材料内在物理机制的深刻理解，才是实现功能性材料创新的核心驱动力。 第一部分：晶体结构与晶格振动的基础 本部分为深入理解固体特性奠定几何和动力学基础。我们将固体视为一个周期性的原子阵列，并以此为出发点进行严谨的数学描述。 第一章：晶体的几何基础与对称性 本章详细阐述了晶体学的基础概念。首先，我们引入晶格（Lattice）和基矢（Basis）的概念，区分晶体结构与晶胞。内容涵盖布拉维点阵（Bravais Lattices）的十四种类型，并深入分析了其在三维空间中的对称操作，包括旋转、反射和反演。重点讨论了晶体学符号，如米勒指数（Miller Indices），用于精确描述晶面的方向和晶线的方向，这对于理解衍射现象至关重要。随后，我们转向倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，阐释其在描述周期性系统中波的传播（如X射线衍射）中的核心作用。傅里叶分析在此处的应用将被详尽阐述。 第二章：晶格的动力学与声子 本章将固体视为一组相互作用的谐振子，研究晶格的集体振动模式。我们从一维原子链的色散关系（Dispersion Relation）入手，建立声子（Phonon）的概念，将其视为晶格振动的量子化准粒子。内容覆盖光学支和声学支的区分，以及区分单原子链与双原子链模型带来的复杂性。随后，内容扩展至三维晶体的声子谱的计算方法，特别是如何通过最近邻相互作用近似来求解动力学方程。本章的后半部分聚焦于声子的热力学性质，包括晶格比热的计算，对比德拜模型（Debye Model）与爱因斯坦模型（Einstein Model）的适用范围与局限性，并探讨声子在晶格内部的散射机制，如声子-声子散射（Umklapp Processes）。 第二部分：电子的周期性势场与能带理论 本部分是理解固体导电、绝缘和半导体特性的核心。我们将电子的运动置于周期性的离子势场中，运用量子力学原理推导出能带结构。 第三章：电子在周期性势场中的运动 本章的核心在于布洛赫定理（Bloch’s Theorem）的推导与物理意义的阐释。我们详细分析了平面波解在晶格周期性势场下的修正形式，即布洛赫函数 $psi_{mathbf{k}}(mathbf{r}) = e^{imathbf{k}cdotmathbf{r}}u_{mathbf{k}}(mathbf{r})$。随后，我们探讨了微扰理论在晶格势场中的应用，解释了能带隙（Energy Gaps）的形成机制——由布拉格反射引起的电子波的干涉和能量分离。本章将详细介绍布里渊区（Brillouin Zone）的几何意义及其在电子态描述中的重要性。 第四章：能带结构、费米面与输运的几何学 本章将能带理论应用于实际材料的分类。我们引入费米能级（Fermi Energy）和费米面（Fermi Surface）的概念，解释其在区分导体、绝缘体和半导体中的决定性作用。内容包括：对简并半导体中价带（Valence Band）和导带（Conduction Band）的分析；有效质量（Effective Mass）的概念及其在描述电子和空穴（Holes）运动时的重要性；以及晶体动量（Crystal Momentum）守恒定律在电子散射过程中的体现。我们还将探讨如何使用薛定谔方程的晶体版本来计算特定晶系下的能带结构，并讨论简化的紧束缚模型（Tight-Binding Model）在估算带隙中的应用。 第三部分：材料的磁性、介电与超导特性 在掌握了基本的晶体和电子结构后，本部分将探讨电子与原子核的相互作用在宏观尺度上产生的复杂物理现象，这些现象是现代电子和功能材料的关键。 第五章：介电响应与晶格极化 本章专注于电场对材料的影响。我们区分了电子极化、离子极化和取向极化。详细分析了电场下晶体的宏观响应，包括电容率（Permittivity）和电极化率（Polarizability）。本章将深入讨论铁电体（Ferroelectrics）的特性，解释其自发极化的微观起源，以及电畴（Domains）的概念和电滞回线（Hysteresis Loops）的物理机制。此外，对介电弛豫（Dielectric Relaxation）现象的分析也将被纳入，探讨在交流电场下材料响应的频率依赖性。 第六章：磁性材料的物理学 本章系统地分类和解析了固体的磁响应。内容从朗之万顺磁理论（Langevin Paramagnetism）出发，过渡到泡利抗磁理论（Pauli Paramagnetism）。核心内容将放在铁磁性（Ferromagnetism）和反铁磁性（Antiferromagnetism）的量子力学解释上，重点分析海森堡交换作用（Heisenberg Exchange Interaction）在导致磁序形成中的作用。我们详细讨论了布洛赫壁（Bloch Walls）的结构与能量，以及磁畴的存在对材料宏观磁滞曲线的影响。同时，对磁性弛豫和磁光效应的介绍也将补充本章的完整性。 第七章：超导现象的量子力学描述 本章探讨一种特殊的宏观量子现象——超导电性。我们将从实验观测出发，引入迈斯纳效应（Meissner Effect）和零电阻现象。核心部分将致力于BCS理论的介绍，解释电子如何通过与声子的相互作用形成库珀对（Cooper Pairs）。本章将推导超导能隙的产生，并探讨伦敦方程（London Equations）如何描述超磁场排斥现象。对第一类和第二类超导体的区分，以及约瑟夫森效应（Josephson Effects）在隧道结中的体现，将为读者理解超导技术的应用打下理论基础。 --- 本书的特点： 本书内容高度依赖于严谨的数学推导和第一性原理分析，而非依赖于经验公式或特定材料的参数。它专注于构建理解所有固体材料内在物理行为的通用框架。读者在完成本书的学习后，将具备独立分析和预测新颖晶体结构、复杂电子行为和新兴凝聚态现象的理论能力。它旨在成为物理学、材料科学、电子工程等相关领域研究生和高级本科生的标准参考教材。

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