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出版者:Addison-Wesley

作者:M. Ali Omar

出品人:

页数:600

译者:

出版时间:1994-1-10

价格:USD 229.60

装帧:Paperback

isbn号码:9780201607338

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 地说道
• 固态物理
• 物理学
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 半导体物理
• 晶体结构
• 能带理论
• 电子性质
• 固体物理学
• 大学教材

凝聚态物理基础：微观结构与宏观性质的探索 本书名称：《凝聚态物理基础：微观结构与宏观性质的探索》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面且深入的凝聚态物理学入门指南，重点关注物质在原子和分子尺度上的集体行为，以及这些微观相互作用如何决定宏观物理性质。不同于侧重于晶体结构和晶格振动的经典固体物理学著作，本书将视角拓展至更广泛的凝聚态系统，包括无序体系、低维系统以及新兴的量子材料。 第一部分：晶体结构与周期性系统的电子理论 本书的开篇将系统梳理晶体结构的基础知识，从点群对称性到布拉维点阵的分类。我们将深入探讨倒易空间的数学结构，这是理解波函数在周期势场中行为的关键工具。 在电子理论方面，本书将超越简单的能带计算，着重介绍紧束缚模型（Tight-Binding Model）在描述复杂晶格中电子离域化方面的应用，特别是对于过渡金属和半导体材料的能带结构预测。我们会详细分析布洛赫定理的物理意义，并探讨布洛赫电子在外部电磁场作用下的动力学，包括磁阻效应和霍尔效应的微观起源。 此外，本书将花费大量篇幅讨论电子之间的相互作用。我们将引入平均场理论（如Hartree-Fock方法）来初步处理电子-电子耦合，并阐释其在描述金属中电子气体的局限性。随后，我们将转向更先进的理论框架，如随机相位近似（RPA），用以理解电子的集体激发模式，例如等离子体振荡。 第二部分：声子、晶格振动与热力学性质 本部分聚焦于原子核的集体振动——声子。我们将从一维原子链的色散关系入手，逐步推广到三维晶体的声子谱，并详细分析声子与电子的耦合（电子-声子相互作用）。这种相互作用是理解电阻、超导电性和热电效应的关键。 热力学性质的讨论将建立在统计力学的基础之上。本书将详细推导爱因斯坦模型和德拜模型的适用条件和预测结果，重点分析德拜模型在描述低温下比热方面的成功之处，并讨论其实际存在的局限性。我们还将探讨晶格热导率的微观机制，分析声子-声子散射（三声子和四声子过程）如何限制材料的热传输能力。 第三部分：无序与局域化现象 现代凝聚态物理的一个重要分支是研究无序对电子性质的深刻影响。本书将系统介绍无序的数学描述，例如随机势模型。 我们将深入探讨安德森局域化（Anderson Localization）理论。通过对传输矩阵法和波函数在无序势场中的演化分析，阐明为什么在足够强的无序程度下，电子态会从连续态转变为局域态，从而导致绝缘性。这部分内容将与实验观测到的无定形半导体的电学特性紧密结合。 在传输理论方面，本书将介绍玻尔兹曼输运方程，并讨论其在描述正常金属中杂质散射和热散射时的应用。对于弱无序体系，我们将引入对局域化效应的微扰处理，探讨弱局域化（Weak Localization）现象及其在低维金属中对电阻率的修正。 第四部分：磁性与相变 磁性是凝聚态物理中最引人入胜的现象之一。本书将从朗之万理论和德鲁德模型出发，解释顺磁性和抗磁性的基本来源。 随后，我们将进入量子磁性的领域，详细分析海森堡模型（Heisenberg Model）和伊辛模型（Ising Model）。通过平均场近似，我们将推导出铁磁性的平均场理论，并计算居里温度。更重要的是，本书将运用统计物理工具（如重整化群方法）来精确分析二维和三维伊辛模型中的相变行为，强调临界指数的普适性概念。 我们将区分经典磁性（如铁磁性、反铁磁性）和量子磁性（如朗之万磁性、自旋玻璃态）。对于过渡金属中的d电子和稀土元素中的f电子，本书将讨论它们如何导致复杂的磁结构，例如螺旋磁结构和磁有序-无序转变。 第五部分：新兴量子材料与低维电子系统 本部分关注近年来快速发展的领域，特别是二维材料和拓扑物态。 对于二维系统（如石墨烯），我们将分析其独特的狄拉克锥电子结构，并推导其线性色散关系。我们将讨论石墨烯中的相对论性量子霍尔效应，以及如何利用微扰理论处理这些系统的低能有效哈密顿量。 拓扑绝缘体的讨论将是本书的亮点之一。我们将从布洛赫波函数的拓扑不变量——贝里相位（Berry Phase）——概念入手，解释为什么某些材料的体态是绝缘的，而边缘或表面却存在受保护的导电态。我们将介绍Z2拓扑不变量，并探讨其在预测拓扑相变中的作用。 最后，我们将简要介绍超导现象，侧重于BCS理论的定性图像，解释库珀对的形成以及超导能隙的微观起源，并探讨无序和磁性如何影响超导相的稳定性。 总结： 本书致力于构建一个从基本晶格动力学到复杂量子多体效应的完整知识体系。它不仅涵盖了传统固体物理学的核心内容，更强调了理解现代凝聚态材料中电子-电子、电子-声子、以及电子-无序相互作用的必要性，为读者深入研究新型功能材料打下坚实的理论基础。本书的难度适中，适合具有基础量子力学和统计物理知识的物理、材料科学及相关工程领域的学生和研究人员使用。

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说实话，初次接触这本书时，我被其中涉及的数学工具的广度吓了一跳。它不像一些面向本科生的教材那样，只停留在简单的晶格振动或电学性质的宏观描述上。这本书直接就带着你跳进了更深的水域，关于微扰论在电子结构计算中的应用，关于朗道能级与磁场相互作用的推导，都处理得相当到位。作者在介绍这些高级工具时，并没有采用那种冷冰冰的数学堆砌，而是巧妙地将数学工具与物理图像紧密结合。比如，在处理晶格振动时，对声子模式的量化和描述，不仅严谨地给出了哈密顿量，更通过对比不同的近似模型，展现了物理直觉的重要性。我发现，这本书的难度曲线设计得非常巧妙，它不会让你在开篇就完全迷失，而是通过一些基础概念的扎实构建，慢慢地引导你进入高阶的理论框架，每一次提升都感觉是水到渠成，而非强行灌输。

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这本书的叙事节奏有一种老派大师的沉稳和自信。它不急于展示最新的研究热点，而是将固体物理学的核心理论基石打磨得光亮可见。阅读它的过程，更像是一次精神上的朝圣之旅，从最初的晶体结构定义，到布洛赫定理的精妙，再到更深层次的超导理论和拓扑绝缘体的初步引入，作者的笔触始终保持着一种清晰的逻辑主线。它没有追求包罗万象的广度，而是致力于在有限的范围内达到极致的深度和清晰度。对于那些真正渴望掌握这门学科精髓的人来说，这本书无疑是一笔巨大的财富。它教会了我如何用物理的语言去审视物质世界，那种对规律的敬畏感，以及对精确表达的执着，是任何速成教程都无法给予的宝贵精神遗产。读完它，我感觉自己对“固体”这个概念的理解，已经提升到了一个全新的维度。

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这本书的封面设计真是直击人心，那种沉稳的蓝色调，配上简洁有力的标题字体，让人一看就知道这不是那种浮夸的入门读物，而是真材实料的硬核之作。我打开书页，首先映入眼帘的是那些密密麻麻的数学推导，每一个公式都像是精心雕琢的艺术品，严谨得让人心生敬畏。它不像某些教材那样，把复杂的概念一笔带过，而是耐心地、一步一步地，将你引入晶体结构的深邃世界。特别是关于布拉维点阵和倒易空间的讲解，作者似乎有着一种近乎偏执的清晰度，把原本抽象得让人摸不着头脑的概念，用清晰的几何图像和向量代数完美地结合起来。读起来虽然需要高度集中注意力，但每当攻克一个难点，那种豁然开朗的成就感，简直比解开一个复杂的谜题还要令人兴奋。我感觉作者不仅是位物理学家，更是一位优秀的教育家，他知道如何引导学生去“看见”那些肉眼不可见的微观世界。那种对物理美学的追求，贯穿了全书的始终，让人在学习知识的同时，也能感受到固体物理学的独特魅力。

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这本书的排版和插图质量绝对是教科书级别的典范。我特别欣赏它在处理复杂的能带结构图示时的用心。很多教材里的能带图都显得扁平而缺乏层次感，但这里的图示，色彩的运用和三维空间的展现力，简直是教科书级的视觉盛宴。你几乎可以“触摸”到电子在动量空间中的运动轨迹。而且，书中对费米面的讨论，引入了大量的具体实例，而不是仅仅停留在理论模型的层面。比如，它对不同晶系下费米面的形状和拓扑结构的剖析，那种细致入微的观察力，让人不得不佩服。我记得有一次为了理解德鲁德模型的局限性，我翻遍了好几本书，直到看到这本中关于散射机制的描述，才真正明白为什么需要引入更精细的理论。书中的脚注和参考资料部分也做得极其详尽，每一个引用的文献都指向了固体物理发展史上的关键节点，这对于希望深入研究某个特定领域的读者来说，无疑是宝藏。

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这本书的“实战”价值，远超出了单纯的理论学习。我发现自己不仅仅是在学习“是什么”，更是在学习“如何思考”。作者在讨论材料特性时，总能自然而然地将理论与实验观测联系起来。比如，对磁性的探讨，从泡利不相容原理到朗道抗磁性，再到更复杂的交换相互作用，每一个环节的衔接都极其流畅。我尤其欣赏它在处理缺陷和无序系统时的章节，这部分内容在很多标准教材中往往被轻描淡写，但在这本书里却得到了充分的重视。通过对电子局域化和传输性质的深入分析，它为理解半导体器件和材料科学中的实际问题打下了坚实的基础。我感觉，这不是一本放在书架上落灰的理论参考书，而是一本真正可以伴随研究者走过数个项目周期的实用工具书，它提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思维方式和严谨态度。

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