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:Elsevier Science Ltd

作者:Gschneidner, Karl A. (EDT)/ Ba糿zli, Jean-claude (EDT)/ Pecharsky, Vitalij K. (EDT)

出品人:

页数:558

译者:

出版时间:2007-8

价格:$ 367.25

装帧:HRD

isbn号码:9780444521446

丛书系列:

图书标签:

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

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具体描述

Optical spectroscopy has been instrumental in the discovery of many lanthanide elements. In return, these elements have always played a prominent role in lighting devices and light conversion technologies (Auer mantles, incandescent lamps, lasers, cathode-ray and plasma displays). They are also presently used in highly sensitive luminescent bio-analysis and cell imaging. This volume of the "Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths" is entirely devoted to the photo physical properties of these elements. It is dedicated to the late Professor William T (Bill) Carnall who has pioneered the understanding of lanthanide spectra in the 1960's and starts with a Dedication to this scientist. The following five chapters describe various aspects of lanthanide spectroscopy and its applications. Chapters 231 present state-of-the-art theoretical calculations of lanthanide energy levels and transition intensities. It is followed by a review (Chapter 232) on both theoretical and experimental aspects of f-d transitions, a less well known field of lanthanide spectroscopy, yet very important for the design of new optical materials. Chapter 233 describes how confinement effects act on the photo physical properties of lanthanides when they are inserted into nanomaterials, including nanoparticles, nanosheets, nanowires, nanotubes, insulating and semiconductor nanocrystals. The use of lanthanide chelates for biomedical analysis is presented in Chapter 234; long lifetimes of the excited states of lanthanide ions allow the use of time-resolved spectroscopy, which leads to highly sensitive analysis devoid of background effect from the autofluorescence of the samples. The last review (Chapter 235) provides a comprehensive survey of near-infrared (NIR) emitting molecular probes and devices, spanning an all range of compounds, from simple chelates to macrocyclic complexes, heterometallic functional edifices, coordination polymers and other extended structures. Applications ranging from telecommunications to light-emitting diodes and biomedical analysis are assessed. This book provides a comprehensive look at optical spectroscopy and its applications. This is a volume in the continuing authoritative series which deals with the chemistry, materials science, physics and technology of the rare earth elements.

元素周期表的边缘：轻元素与超重核素的奇特世界内容提要：本书深入探讨了元素周期表中那些最轻盈的氢、氦，以及人工合成的、寿命极其短暂的超重元素所展现出的极端物理与化学特性。与稀土元素的稳定、可预测的f电子层行为不同，本书聚焦于原子结构边缘的极端环境，揭示了诸如量子隧穿效应、相对论性修正对化学键的颠覆性影响，以及核结构在接近稳定极限时所表现出的奇异形变和衰变模式。全书分为三个核心部分：极端轻元素的天体物理化学、周期表边缘的稳定与不稳定，以及极端物理条件下的原子光谱与电子结构。 --- 第一部分：宇宙的基石与惰性的极端——轻元素的深度探索本部分聚焦于元素周期表的最前端——氢（H）和氦（He），它们构成了宇宙中绝大多数的物质，但在地球实验室环境中，它们却展示出远超传统化学范畴的复杂性。第1章：高压与低温下的氢：从分子到金属的转变我们首先审视氢在极端压力下的物质状态转变。在接近室温、但压力超过数百万个大气压的环境中，液态分子氢（H₂）的电子结构发生剧烈重排。本书详细分析了理论模型如何预测并最终证实了金属氢的存在。我们探讨了这种极端状态下电导率的突变、晶格结构（如体心立方或六方密堆积结构）的演化，以及其潜在的室温超导特性。量子零点能的影响：在极低温下，由于零点能导致的量子涨落，分子间作用力被极大地增强，这对于理解固态氢的相图至关重要。化学键的解离与重构：随着压力升高，H-H共价键的键长缩短并最终断裂，电子开始在原子间自由流动，这标志着从绝缘体向导体的根本性转变。第2章：氦的惰性与量子效应的体现氦（He），作为最惰性的元素，其化学行为看似乏味，但其物理性质却深刻地受制于量子力学。本书将重点放在液氦的两个独特相态：液氦I和液氦II。超流性（Superfluidity）：详细阐述了费曼（Feynman）的量子涡旋理论，解释了液氦II为何能以零粘度流动，以及“爬壁现象”的微观机制。这涉及到玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation, BEC）在宏观尺度上的直接体现。同位素效应：对比了³He和⁴He在极低温下的行为差异，特别是在相图和热力学性质上的区别，突显了统计力学在描述多体量子系统时的重要性。 --- 第二部分：原子核的边界：核结构的极端形变与衰变模式本部分将视线转向元素周期表的另一端——人工合成的超重元素（Transuranic Elements），研究它们的原子核在质子数和中子数达到极限时所展现出的结构失稳现象。第3章：从核壳层到形变核的过渡超重元素的合成极大地挑战了传统的核壳层模型。本书探讨了如何通过调整中子数和质子数，使原子核偏离球形，形成如梨形、椭球形甚至更复杂的形状。形变对衰变常态的影响：结构形变如何影响裂变势垒的高度，从而解释了某些特定核素为何比其邻近核素具有更长的半衰期（“稳定岛”附近的现象）。形变激发态光谱：分析了形变核的激发态谱线，特别是旋转带（rotational bands）和振动带（vibrational bands）的特征，这些特征为理解核力在极端条件下的行为提供了窗口。第4章：超越牛顿力的限制：相对论性效应在超重元素中的显现在原子序数（Z）非常高的元素中，内层电子（尤其是1s和2p轨道电子）的运动速度接近光速，这使得非相对论性的薛定谔方程不再适用。本书详细量化了狄拉克方程对这些超重元素的电子结构和化学键的影响。电子轨道收缩与膨胀：论述了相对论性质量增加如何导致s和p轨道的能量下降（收缩），以及d和f轨道的能量上升（膨胀或去稳定化）。 “化学悖论”：探讨了相对论效应如何可能使超重元素（如“元素114”或“元素118”）的化学性质偏离其在元素周期表中的预测位置，例如，贵金属可能表现出碱金属的性质，或惰性气体表现出高反应性。第5章：核素合成的挑战与“稳定岛”的探索本书深入研究了重离子加速器中合成新元素的实验技术，以及我们如何预测下一个“稳定”的超重核素可能存在的区域。多核子转移反应与冷/热聚变：对比了不同反应途径在克服库仑势垒、最大化蒸发残留物产额方面的优劣。半衰期的理论极限：讨论了核衰变链的终点——自发裂变、α衰变和电子俘获在超重核素中的竞争关系，以及这些机制如何共同决定了一个核素的最终寿命。 --- 第三部分：极端环境下的光谱学与电子结构本书最后一部分着眼于如何利用先进的光谱技术来探查这些极端状态下的原子和分子信息。第6章：高能光子的光谱学：从X射线到伽马射线由于轻元素的特殊状态（如金属氢）和超重元素的电子结构极端复杂，传统的可见光光谱学往往不足以提供足够的信息。高能X射线吸收精细结构（XANES）：解释了如何利用同步辐射光源产生的强X射线来探测高压下氢的电子密度变化。内层电子跃迁与穆斯堡尔谱：探讨了超重元素的内层电子跃迁信号，以及穆斯堡尔谱如何敏感地记录下原子核周围的电子环境变化，从而间接验证相对论效应。第7章：低维与受限环境下的电子行为探讨了在人工约束条件下，原子和分子如何表现出非经典的电子行为，例如在量子点或单层材料中的受限效应。量子限域效应（Quantum Confinement）：分析了当原子尺寸接近德布罗意波长时，其能级结构如何从连续谱转变为分立态，这对于理解新型半导体材料中的能带结构至关重要。范德华力与分子间作用的重估：在极端低维结构中，长程的电磁相互作用（如伦敦色散力）占据主导地位，本书评估了对这些弱作用力的精确计算模型。 --- 总结：本书提供了一个独特的视角，避开了对镧系和锕系元素中f电子层复杂性的常规讨论，转而深入研究了元素周期表两端——轻元素的量子效应主导的极端物理，以及超重元素中相对论和核结构失稳所驱动的化学边界。它为致力于理解物质在极端压力、低温或高原子序数下所展现的根本性物理规律的研究人员和学生，提供了一套详尽的理论框架和实验参考。