Thermodynamics of the Glassy State

Thermodynamics of the Glassy State pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Taylor & Francis
作者:Niewenhuizen, T./ Leuzzi, L.
出品人:
页数:368
译者:
出版时间:2007-10
价格:$ 178.48
装帧:HRD
isbn号码:9780750309974
丛书系列:
图书标签:
  • 玻璃
  • 玻璃态热力学
  • 非晶态
  • 相变
  • 统计物理
  • 凝聚态物理
  • 热力学
  • 材料科学
  • 玻璃
  • 非平衡态
  • 计算物理
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具体描述

In the past thirty years, the area of spin glasses has experienced rapid growth, including the development of solvable models for glassy systems. Yet these developments have only been recorded in the original research papers, rather than in a single source. "Thermodynamics of the Glassy State" presents a comprehensive account of the modern theory of glasses, starting from basic principles (thermodynamics) to the experimental analysis of one of the most important consequences of thermodynamics-Maxwell relations.After a brief introduction to general theoretical concepts and historical developments, the book thoroughly describes glassy phenomenology and the established theory. The core of the book surveys the crucial technique of two-temperature thermodynamics, explains the success of this method in resolving previously paradoxical problems in glasses, and presents exactly solvable models, a physically realistic approach to dynamics with advantages over more established mean field methods.The authors also tackle the potential energy landscape approach and discuss more detailed theories of glassy states, including mode coupling, avoided critical point, replica, and random first order transition theories. This reference lucidly explores recent theoretical advances in the thermodynamics of slowing-aging (glassy) systems. It details the general properties of glassy states while also demonstrating how these properties are present in specific models, enabling readers to thoroughly understand this fundamental yet challenging area of study.

《凝聚态物理学:从晶体到非晶体》 导言:物质形态的深度探索 本书旨在为读者提供一个关于凝聚态物理学核心概念的全面而深入的概述,重点关注物质在不同尺度和环境下表现出的结构、动力学和热力学特性。凝聚态物理学是现代物理学中一个蓬勃发展的分支,它致力于理解由大量粒子(原子、分子或电子)组成的物质集合体的宏观性质是如何从其微观相互作用中涌现出来的。我们将跨越经典的晶体结构理论,迈向更复杂、更具挑战性的非晶态和软物质系统。 第一部分:晶体结构与完美周期性 第一章:晶体的基本几何与对称性 本章将从晶体学的基本原理出发,详细阐述晶体结构的核心特征——周期性和平移对称性。我们将介绍布拉维点阵(Bravais Lattices)的七种晶系和十四种类型,并深入探讨晶体学中最关键的概念:晶胞(Unit Cell)、晶面指数(Miller Indices)以及倒易点阵(Reciprocal Lattice)。倒易点阵的概念对于理解晶体中的衍射现象(如X射线衍射)至关重要,本章将详述其数学构造及其在傅里叶空间中对晶体结构的描述。我们将通过实例分析金刚石、面心立方(FCC)和体心立方(BCC)等常见晶体的结构堆积密度和配位数。 第二章:晶格振动与声子 固体中的原子并非静止不动,而是围绕其平衡位置进行振动。本章聚焦于晶格振动理论。我们将从经典力学的角度,首先分析一维理想链上的原子振动模式,引入色散关系(Dispersion Relation)的概念。随后,我们将推广到三维晶体,引入声子(Phonons)——晶格振动的量子化准粒子。本章将详述声子的能带结构,区分声学支(Acoustic Branches)和光学支(Optical Branches),并阐明声子如何作为能量和动量的载体,决定了固体材料的热容和热导率。 第三章:电子的能带理论 在周期性势场中的电子行为是理解金属、半导体和绝缘体物理性质的关键。本章将系统介绍布洛赫定理(Bloch's Theorem)及其在描述电子在周期晶格中运动时的重要性。我们将推导出能量本征值必须形成能带(Energy Bands)的结论,并阐述能带结构如何决定材料的电学特性。费米能级(Fermi Level)和布里渊区(Brillouin Zone)的概念将被详细讨论,这些概念是理解电子输运现象的基础。 第二部分:缺陷、非晶态与热力学 第四章:晶体缺陷的结构与性质 理想晶体在现实中是不存在的。本章将探讨晶体中所有类型的缺陷,从零维的点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)到线缺陷(位错)和面缺陷(晶界)。我们将量化点缺陷的热力学形成能,并深入分析位错对材料塑性变形机制的决定性作用。位错的运动、交互作用以及它们在材料强化中的角色是本章的重点内容。 第五章:无序系统的统计力学基础 从本章开始,我们将转向无序系统,特别是液体和非晶态固体的研究。我们将回顾统计力学的基本工具,包括系综理论(正则、微正则、巨正则系综)和分配函数(Partition Function)的构建。本章将特别关注如何将这些工具应用于描述具有长程无序但短程有序特征的体系,如玻璃态物质。我们将探讨“理想玻璃态”的概念及其在理论模型中的地位。 第六章:玻璃态物质的结构与动力学 玻璃态是物质科学中最引人入胜且挑战最大的领域之一。本章将深入分析玻璃态物质的结构特征,区分它们与晶体和简单液体之间的区别。我们将探讨“局部结构”和“中程有序”(Medium-Range Order, MRO)的概念,以及这些结构特征如何影响材料的宏观性质。动力学方面,本章将介绍弛豫时间(Relaxation Time)的概念,以及当系统冷却接近玻璃转变温度($T_g$)时,分子或结构单元运动如何急剧减慢,导致“动态非均匀性”(Dynamical Heterogeneities)的出现。 第七章:热力学与玻璃转变 玻璃转变(Glass Transition)并非一级相变,而是一个动力学现象。本章将从热力学角度审视这一过程。我们将讨论如何利用“自由体积理论”(Free Volume Theory)和“能量景观理论”(Energy Landscape Theory)来描述冷却过程中系统的行为。我们将详细考察实验中观察到的宏观热力学信号变化,例如比热容的突变,并讨论 Kauzmann 悖论(Kauzmann Paradox)的意义,该悖论揭示了高温液体的热力学外推与低温有序状态之间的矛盾。 第三部分:先进模型与应用 第八章:无序系统中的随机性建模 为了描述无序系统的复杂性,我们需要引入先进的统计物理模型。本章将聚焦于描述无序相互作用的模型,如随机哈密顿量和无规场模型。我们将介绍平均场理论(Mean-Field Theory)在处理无序系统中的应用,特别是对自旋玻璃(Spin Glasses)模型的讨论。理解这些模型如何解决“尖锐的”相变与“平滑的”转变之间的差异至关重要。 第九章:软物质与复杂流体 凝聚态物理的应用远超硬质材料。本章将扩展到软物质领域,包括聚合物、胶体和液晶。我们将讨论分子间长程有序(液晶)和长链拓扑结构(聚合物)如何赋予这些材料独特的流变学和光学性质。本章将引入高分子链的统计描述,如高斯链模型,并探讨其在溶液和本体中的行为。 结论:前沿展望 本书的最后一章将总结当前凝聚态物理学领域的前沿研究方向,包括但不限于:二维材料(如石墨烯)的独特电子行为、拓扑绝缘体中受保护的边界态,以及利用机器学习和高通量计算加速新型无序材料的发现。我们将强调,理解和精确控制物质的微观结构与动力学,是开发下一代功能材料和器件的基石。 附录:数学工具回顾 本附录将提供傅里叶变换、张量分析基础、以及处理玻尔兹曼统计和朗之万动力学的必要数学背景,以供读者参考和加深理解。

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读后感

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用户评价

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我曾以为,对于玻璃态的研究已经足够成熟,但《玻璃态热力学》这本书彻底改变了我的看法。作者以一种极其前瞻性的视角,揭示了玻璃态研究中仍然存在的诸多挑战和未解之谜。他并没有回避那些尚未完全解决的问题,反而将它们作为激发读者思考的起点。我尤其被书中关于“激子”和“动力学转变”的讨论所吸引。作者如何将量子力学和统计力学的概念相结合,来解释玻璃态的微观性质,这是一个非常大胆的尝试,也为我们理解玻璃态提供了新的思路。书中对于“模拟退火”算法的介绍也十分精妙。作者如何将其比作在复杂地形中寻找最低点的过程,让我深刻理解了这种算法在解决玻璃态相关问题中的强大之处。这种将理论与算法相结合的写作方式,极大地提升了本书的实用性和启发性。我甚至在读完之后,尝试用书中的一些思想去解决我自己的研究问题。这本书的价值在于它不仅仅是知识的传递,更是一种研究方法的启迪。它鼓励我们跳出固有的思维模式,去探索新的可能性。

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这本书的写作风格堪称典范。作者以一种极其富有条理且逻辑严谨的方式,引导读者深入理解玻璃态的复杂世界。他并没有试图一次性灌输大量的公式和定义,而是循序渐进,将复杂的概念分解成易于理解的单元。我特别喜欢书中关于“动力学冻结”和“结构缓慢演化”的章节。作者通过对分子运动速度的详细分析,以及对不同温度下介观结构变化的描述,让我清晰地认识到,玻璃态之所以能保持其形态,是因为其内部的分子运动被“冻结”了,但这种冻结并非绝对,而是伴随着极其缓慢的结构重排。这种对“慢”的深刻理解,是理解玻璃态行为的关键。书中对“非平衡态热力学”的应用也令我印象深刻。作者如何将非平衡态的理论工具应用于描述玻璃态的演化过程,这是一个极具挑战性的课题,但作者却处理得游刃有余,并用简洁的语言将其呈现给读者。我甚至在阅读过程中,脑海中会不断浮现出相关的实验场景,仿佛自己也置身于实验室中,观察着玻璃的缓慢变化。这本书的价值在于它不仅仅是理论的介绍,更是对物理世界的一种深刻洞察。它让我明白,即使是最平凡的物质,也蕴藏着无穷的奥秘,需要我们用严谨的科学精神去探索。

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这本《玻璃态热力学》绝对是一部思想的盛宴,它以一种令人耳目一新的方式,将我带入了一个我曾以为“死气沉沉”的物质状态。作者的叙述风格非常独特,他并没有采用那种枯燥乏味的教科书式语言,而是通过一个个生动的故事和形象的比喻,将那些极其抽象和复杂的物理概念娓娓道来。我记得其中一个章节,作者将玻璃态的弛豫过程比作一群在崎岖山脉中寻找最低谷的登山者,这让我瞬间就理解了“结构弛豫”的本质,也体会到了这种非平衡态过程的艰难和不确定性。更令人惊叹的是,作者对于玻璃态“记忆”现象的解释。他如何通过分子动力学模拟和理论模型,揭示出玻璃态在经历外部扰动后,能够“记住”一部分过去的结构信息,并在后续的演化中体现出来。这简直颠覆了我对物质“遗忘”的固有认知。整本书充满了作者对于物理世界的好奇心和探索精神,这种热情也深深地感染了我。他不仅仅是在介绍现有的理论,更是在提出问题,引导读者去思考,去挑战那些看似已经确定的结论。我尤其喜欢书中对于“超冷却液体”这一概念的深入探讨,它让我明白了玻璃态并非是凭空产生的,而是超冷却液体在达到一个特定转变温度时,其动力学变得极其缓慢,以至于在有限时间内无法完成结晶,从而“冻结”在非平衡态。这种细致入微的解释,让我对物质相变的理解更加深刻。书中的许多论点都极具前瞻性,我敢肯定,这本书将在未来的玻璃态研究领域扮演重要的角色。它提供了一个坚实的基础,也为新的研究方向打开了可能。

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《玻璃态热力学》这本书,不仅仅是一本关于科学的著作,更是一部关于探索和发现的史诗。作者以其卓越的智慧和丰富的想象力,为我们描绘了一个充满魅力的物质世界。我尤其被书中关于“玻璃态的记忆效应”的论述所吸引。作者如何通过实验和理论的结合,揭示出玻璃态在经历外部扰动后,能够“记住”一部分过去的结构信息,并在后续的演化中体现出来。这简直颠覆了我对物质“遗忘”的固有认知。书中对“ Kauppila-Wulff 理论 ”的深入探讨也令我印象深刻。作者如何将这一理论与实验数据相结合,从而解释玻璃态的相变行为,这是一个极具挑战性的课题,但作者却处理得游刃有余,并用简洁的语言将其呈现给读者。我甚至在阅读过程中,会不断地产生新的想法,并且想要去进一步探究。这本书的价值在于它不仅仅是知识的传递,更是一种研究方法的启迪。它鼓励我们跳出固有的思维模式,去探索新的可能性。

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《玻璃态热力学》这本书,就像一个知识的宝库,每一次翻阅都能从中获得新的启发。作者以其渊博的学识和非凡的洞察力,为我们展现了一个既复杂又迷人的物质世界。我尤其被书中关于“玻璃态转变温度”的讨论所吸引。作者并没有简单地给出一个数值,而是深入探讨了影响这一温度的各种因素,以及不同定义下的转变温度所代表的物理意义。他对于“盖勒-瓦克”(Kauppila-Wulff)理论的清晰阐释,让我对玻璃态的性质有了更深入的理解。我甚至在阅读过程中,会不自觉地将书中的概念与我曾经接触过的玻璃制品联系起来,从而对它们有了全新的认识。书中对“弛豫时间谱”的介绍也十分到位。作者如何通过实验数据和理论模型,揭示出玻璃态内部存在着多种不同尺度的弛豫过程,这让我明白了玻璃态的复杂动力学并非单一的,而是由多种因素共同作用的结果。我甚至在读完之后,尝试用书中的一些思想去解决我自己的研究问题。

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这是一本能够激发你对物理世界无限好奇心的书。作者以其流畅的文笔和深刻的见解,带领读者穿越玻璃态的神秘领域。我特别喜欢书中关于“玻璃化”过程的描述。作者并没有将其视为一个简单的凝固过程,而是将其描绘成一个极其复杂的动力学过程,在这个过程中,分子运动的速度逐渐减慢,最终被“冻结”在非平衡态。他对于“势阱”和“跃迁”的生动比喻,让我能够直观地理解分子在玻璃态中的运动方式。我甚至在阅读过程中,脑海中会不断浮现出那些抽象的势阱图,以及分子在其中“跳跃”的场景。书中对“局域结构”和“长程无序”的讨论也十分精彩。作者如何解释玻璃态的宏观性质是如何由其微观的无序结构决定的,这让我看到了结构与性质之间深刻的联系。我甚至在读完之后,尝试用书中的一些思想去解决我自己的研究问题。

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这本书绝对是我近几年来读过的最引人入胜的物理学著作之一。它不仅仅是一本关于“玻璃态热力学”的书,更像是一扇通往理解物质深层结构的窗户。作者以一种既严谨又富有洞察力的方式,剖析了那些看似平凡却又极其复杂的玻璃态物质。我尤其被书中关于结构弛豫和动力学过程的论述所吸引。它解释了为什么玻璃态在低温下表现出与晶体截然不同的行为,以及为什么它们会随着时间的推移而发生缓慢的结构变化。书中引用了大量前沿的研究成果,并用清晰易懂的语言将其阐释出来,这对于我这样一位对该领域有浓厚兴趣但非专业人士来说,简直是福音。我曾一度认为玻璃态是一个相当“被动”的状态,直到我读到这本书,才深刻理解到其内在的复杂性和动态性。作者对不同理论模型的比较分析也十分到位,让我对各种解释玻璃态现象的尝试有了更全面的认识,也更清晰地看到了当前研究的挑战和机遇。书中的图表绘制精良,与文字内容相辅相成,极大地帮助我理解了抽象的概念。例如,关于势能面地形的描绘,让我直观地感受到了玻璃态的“无序”和“多势阱”特性,这与晶体简洁的能量景观形成了鲜明对比。此外,作者对实验数据的解读也十分到位,将理论模型与实际观测紧密联系起来,让我看到了理论研究的现实意义。读完之后,我感觉自己对玻璃态的认识达到了一个新的高度,甚至开始重新审视身边那些习以为常的玻璃制品,它们在我眼中仿佛有了生命,诉说着一段段漫长的演化故事。这本书的阅读体验是极其愉悦且富有启发性的,它不仅仅传授知识,更激发了我的思考,让我对物理学的魅力有了更深的体会,也让我对未来的研究方向产生了更多的想法。

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我必须承认,当我第一次拿起这本书时,我并没有抱有太高的期望。通常,关于“热力学”和“玻璃态”这样的主题,总是伴随着密密麻麻的公式和晦涩难懂的术语。然而,《玻璃态热力学》却完全打破了我的预设。作者拥有非凡的能力,可以将一个极其复杂的科学领域,转化为一段引人入胜的旅程。他并没有回避理论的严谨性,但同时巧妙地融入了对物理现象背后逻辑的深刻洞察。我特别欣赏作者对于“自由体积”理论的阐释,以及它如何解释玻璃态转变温度附近的粘度急剧增加。这不仅仅是公式的堆砌,而是对分子行为的直观描绘,让我能够想象分子如何在拥挤的空间中移动,以及限制它们自由的“空间”是如何影响宏观性质的。书中对不同玻璃形成材料(如聚合物、金属合金、无机玻璃)的案例分析也十分精彩。作者并没有将它们视为孤立的例子,而是通过比较分析,揭示出玻璃态共有的基本物理规律,以及材料特性对其行为的影响。这让我看到了一个更加宏观和普适的视角。对我而言,这本书最大的价值在于它帮助我理解了“为什么”。为什么玻璃态存在?为什么它会发生弛豫?为什么它的性质与晶体如此不同?作者通过层层剥茧,最终揭示了隐藏在表面现象背后的深刻机制。读完之后,我感觉自己对许多日常生活中遇到的材料都有了全新的认识,也对科学家们如何探索这些微观世界的奥秘感到由衷的敬佩。

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这是一本真正具有开创性的著作。作者以一种极其审慎且富有创造力的方式,重新审视了玻璃态的物理本质。他并没有止步于对已有理论的复述,而是大胆地提出了新的视角和解释框架。我尤其被书中关于“多重稳态”和“高维能量景观”的论述所吸引。作者用精妙的比喻,将复杂的势能面描绘得栩栩如生,让我们得以窥见玻璃态在微观层面所经历的无数次“跳跃”和“跌落”。这是一种完全不同于晶体简洁能量景观的体验,充满了随机性和不确定性,但也正因如此,才赋予了玻璃态如此丰富多样的动力学行为。书中对“玻璃转变”的深入探讨,让我明白了这并非一个简单的相变点,而是一个复杂动力学过程的体现。作者通过对不同尺度下行为的分析,以及对实验数据与理论模型的精妙结合,为我们描绘了一幅玻璃态转变的宏大图景。我尤其赞赏作者在处理不同理论学派观点时的中立和客观。他清晰地梳理了各种理论的优劣,并指出了它们在解释不同实验现象时的适用性。这让我避免了陷入某种单一理论的误区,而是能够以一种更加全面和批判性的眼光来审视玻璃态的各个方面。这本书对于任何想要深入理解玻璃态物理的人来说,都是不可或缺的。它不仅仅提供知识,更提供了一种思考问题的方法和一种探索未知的勇气。

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这本书是一次关于“慢”的深刻体验。作者以其独特的洞察力,将玻璃态的缓慢演化过程娓娓道来,让我对时间的尺度有了全新的认识。我记得书中关于“老化”现象的章节,作者如何解释玻璃态如何随着时间的推移而变得更加“稳定”和“有序”,这种缓慢的变化过程,让我对物质的动态性有了更深的理解。他并没有将玻璃态视为一个静态的物体,而是将其描绘成一个不断在内部进行微小调整的系统。这种动态的视角,让我对物质世界有了更深刻的认识。书中对“势阱”和“隧穿”的描述也极具启发性。作者如何将这些量子力学概念应用于宏观的玻璃态演化,让我看到了不同物理学分支之间的深刻联系。我甚至在阅读过程中,脑海中会不断浮现出那些抽象的势阱图,以及分子在其中“跳跃”的场景。这本书的价值在于它不仅仅传授了知识,更是一种思维方式的启迪。它让我明白,理解物质世界的奥秘,需要我们用耐心和细致去观察,用严谨的科学精神去探索。

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