Introduction to Unconventional Superconductivity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:V.P. Mineev

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-08-01

价格:USD 89.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9789056992095

丛书系列:

图书标签:

• 凝聚态物理
• 物理
• 超导
• 凝聚态7
• 2010
• 超导性
• 非常规超导
• 凝聚态物理
• 量子材料
• 高温超导
• 铁基超导
• 重费米子
• 拓扑超导
• 强关联电子系统
• 物理学

《量子相变与拓扑序：深入探索奇异物质态》 内容概要： 本书旨在为对凝聚态物理学前沿领域——量子相变和拓扑序——感兴趣的研究者、高年级本科生和研究生提供一本全面而深入的入门读物。本书不涉及传统意义上的超导现象，而是专注于那些在极低温度和强关联作用下涌现出的、具有新奇电子行为和拓扑保护特性的奇异物质态。我们将从量子临界现象的理论框架入手，逐步深入到拓扑序的概念，并重点探讨其在新型量子材料中的具体体现与潜在应用。 第一部分：量子相变理论基础 在深入探讨拓扑序之前，理解量子相变（Quantum Phase Transitions, QPTs）是至关重要的。与经典相变（如水的结冰）依赖于温度变化不同，量子相变发生在绝对零度，由量子涨落驱动，并由一个无量纲的量子临界参数（如压力、磁场强度或化学掺杂浓度）控制。 章节一：热力学相变与量子相变的区别与联系 回顾经典的朗道理论及其对称性破缺范式。 引入量子相变的概念，强调其发生在零温度，由量子涨落而非热涨落驱动。 探讨量子临界点（Quantum Critical Point, QCP）的物理图像，即在QCP处，系统的量子波动被极大增强，导致宏观量子效应的涌现。 介绍量子临界区的普适性，即在QCP附近，系统的行为可以被少数组的临界指数和普适性类别所描述，与具体的微观细节无关。 章节二：量子临界点附近的普适性与标度律 详细阐述标度律（scaling laws）在量子相变中的应用，包括能量、关联长度、关联时间等物理量的标度行为。 介绍重整化群（Renormalization Group, RG）方法在理解量子相变中的核心作用。我们将从实空间和动量空间的RG方法入手，介绍如何通过逐步“粗粒化”系统来揭示低能动力学和临界行为。 讨论美人桥（Kosterlitz-Thouless）相变等非Ginzburg-Landau类型的量子相变。 介绍量子相变中可能出现的各种序参量，以及它们如何表征不同量子基态的性质。 章节三：量子临界点附近的动力学 聚焦于量子临界点附近的动力学行为，特别是介观和宏观尺度的量子涨落。 介绍量子临界动力学指数（dynamical critical exponent, z）的概念，以及它如何描述量子涨落传播的速度。 探讨量子退火（quantum annealing）等利用量子临界动力学进行优化的潜在应用。 分析在量子临界点附近的谱学测量（如中子散射、X射线散射）如何揭示系统的动力学性质。 第二部分：拓扑序的概念与分类 拓扑序（Topological Order）是本书的核心内容之一，它提供了一种描述物质基态的新范式，与传统的基于局域序参量（如磁性有序）的描述方式截然不同。拓扑序的特征在于其鲁棒性和非局域性，并且与量子纠缠的拓扑结构紧密相关。 章节四：非阿贝尔统计与任意子 引入量子统计（quantum statistics）的概念，并区分玻色子、费米子以及更一般化的任意子（anyons）。 重点讲解任意子在二维系统中的出现，并解释它们违反了玻色子和费米子严格的对称交换规则，而是遵循更复杂的非阿贝尔统计。 阐述任意子在交换过程中会发生非局域的量子相位变化，这种变化是拓扑性质的直接体现。 讨论任意子在理论模型中的构建，例如分数量子霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect, FQHE）中的有效理论。 章节五：拓扑序的数学框架：张量范畴与拓扑量子场论 从数学角度深入剖析拓扑序的本质。我们将介绍拓扑序与张量范畴（tensor categories）之间的深刻联系。 讲解如何使用张量范畴来描述任意子的代数结构，包括粒子的融合规则（fusion rules）和辫子规则（braiding rules）。 引入拓扑量子场论（Topological Quantum Field Theory, TQFT）作为描述拓扑序的强大数学工具。我们将重点介绍二维拓扑量子场论，以及它如何与分数量子霍尔态等模型相关联。 讨论拓扑序的拓扑熵（topological entanglement entropy）的概念，以及它如何作为衡量拓扑序强度的无量纲量。 章节六：拓扑序的分类与性质 对不同类型的拓扑序进行分类，例如以Z2拓扑序为例，解释其基本特征和鲁棒性。 讨论拓扑序所具有的非局域纠缠特性，并解释为何基于拓扑序的量子信息编码具有抗噪声能力。 深入研究具有拓扑序的体系中存在的地表态（surface states）或边缘态（edge states）。这些边缘态是无能隙的，并且在拓扑上受到保护，不易受到局域扰动的破坏。 分析拓扑序与量子计算的潜在联系，特别是拓扑量子计算（topological quantum computation）的思想。 第三部分：新型量子材料中的拓扑序 本部分将聚焦于在实际材料中寻找和验证拓扑序的存在，以及这些新奇物质态可能带来的革命性应用。 章节七：分数量子霍尔效应的拓扑物理 回顾整数量子霍尔效应（Integer Quantum Hall Effect, IQHE），并着重介绍分数量子霍尔效应（FQHE）为何是拓扑序的典型例子。 讲解Laughlin态等低密度FQHE态的有效波函数及其拓扑性质。 探讨FQHE中存在具有非阿贝尔统计的任意子，并讨论其在实现拓扑量子计算中的潜力。 介绍实验上探测FQHE任意子的方法，例如通过干涉实验。 章节八：拓扑绝缘体与拓扑半金属 介绍拓扑绝缘体（Topological Insulators, TIs）的概念，它们在体相是绝缘体，但在表面或边缘却存在导电的狄拉克（Dirac）或外尔（Weyl）费米子边缘态。 详细讲解拓扑绝缘体的拓扑不变量，以及它们如何保护边缘态不被局域杂质散射。 引入拓扑半金属（Topological Semimetals），如外尔半金属（Weyl Semimetals）和狄拉克半金属（Dirac Semimetals），它们体相的能带结构具有特殊的拓扑结构，导致边缘态和表面态的出现。 讨论拓扑材料（如Bi2Se3, MoTe2）的实验合成与表征技术。 章节九：自旋拓扑态与新型拓扑序 将视野拓展到自旋系统中，介绍自旋拓扑绝缘体、自旋霍尔效应等概念。 探讨可能存在的更高级的拓扑序，例如具有分数激发和非阿贝尔统计的自旋液体（Spin Liquids）。 介绍具有磁性材料中发现的拓扑序，如磁性外尔半金属，以及它们与磁畴壁（domain walls）等结构的关系。 展望未来，讨论寻找和利用新型拓扑序材料的挑战与机遇，例如在量子计算、低功耗电子学等领域的应用前景。 结论： 《量子相变与拓扑序：深入探索奇异物质态》提供了一个通往现代凝聚态物理学前沿的路径。本书通过清晰的理论讲解、严谨的数学推导以及对前沿实验的介绍，旨在激发读者对物质在极端条件下展现出的奇妙量子行为的兴趣，并为他们在相关领域的研究打下坚实的基础。本书回避了超导现象，将重点放在了由量子涨落和非局域纠缠所驱动的新型物质态的理解上。

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