Theory of Nonequilibrium Superconductivity

Theory of Nonequilibrium Superconductivity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Kopnin, Nikolai
出品人:
页数:344
译者:
出版时间:2009-7
价格:$ 73.45
装帧:
isbn号码:9780199566426
丛书系列:
图书标签:
  • 超导性
  • 非平衡态
  • 凝聚态物理
  • 量子输运
  • 强关联系统
  • 拓扑物态
  • 超导机制
  • 低温物理
  • 材料科学
  • 理论物理
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具体描述

This text is on the modern theory of superconductivity. It deals with the behaviour of superconductors in external fields varying in time, and with transport phenomena in superconductors. The book starts with the fundamentals of the first-principle, microscopic theory of superconductivity, and guides the reader through the modern theoretical analysis directly to applications of the theory to practical problems. The reader of this book will learn about the methods of quantum field theory applied to nonstationary superconductivity in their most advanced formulation, namely about the so-called semi-classical version of the real-time Green's function technique applied to the celebrated Bardeen, Cooper, and Schrieffer model of superconductivity. A considerable part of the book is devoted to vortex dynamics, dealing with the behaviour of superconductors in the most practical situation when they carry electric currents in the presence of a magnetic field.

动态电子的量子低语:一种对量子相干性与物质行为的探索 本书深入探究的是物质在非平衡状态下所展现出的迷人量子特性,尤其聚焦于超导这一奇特的宏观量子现象。超导性,作为一种零电阻和迈斯纳效应并存的量子相干态,本身就已是凝聚态物理学中的一大奇迹。而当系统偏离热力学平衡,能量被持续注入或移除时,超导体的行为将变得更加复杂和有趣,为我们打开了一扇通往全新物理世界的窗口。 我们并非简单地回顾已有的超导理论,而是着眼于那些在非平衡扰动下,超导电子配对的形成、维持以及其集体行为的动态演化。传统的超导理论,如BCS理论,成功地解释了平衡态下的超导机制,即电子通过声子相互作用形成库珀对。然而,当系统不再处于平衡态,例如受到强光照射、电场驱动或磁场快速变化时,单纯的平衡态模型将不再适用。此时,我们需要借助更为精妙的理论框架,来理解在能量流动的驱动下,量子态如何被泵送、激荡,以及电子配对的“生命周期”如何被动态地重塑。 本书将从基础概念出发,逐步深入到复杂的动力学理论。我们将首先回顾量子场论在描述多体量子系统中的作用,并在此基础上,引入描述非平衡态量子系统的基本数学工具,如Keldysh理论等。这些工具将是我们理解动态量子现象的语言。随后,我们将把这些工具应用于超导系统,分析在不同类型非平衡扰动下,库珀对的形成和破裂过程。例如,强激光脉冲如何激发超导体的电子-空穴对,以及这些激发如何影响超导序参数的动态。我们将探讨光诱导超导性的机制,以及其在时间维度上的演变。 此外,我们还将关注电场驱动下的超导电子的输运现象。当超导材料中存在一个持续的电场时,电子配对的相干性如何维持?是否存在一个临界电场,一旦超过,超导性就会被破坏?这些问题触及了超导电子的动力学边界,以及其在动态条件下的量子相干性极限。我们将解析在电场作用下,库珀对的动量分布如何变化,以及是否存在“非平衡的库珀对”的概念,它们可能拥有比平衡态更复杂的内部结构。 磁场对超导性的影响也是本书的重要组成部分。除了描述平衡态下的迈斯纳效应和临界磁场,我们还将深入研究快速变化的磁场如何引发超导体的动力学响应。例如,磁通涡旋的运动、相干振荡以及可能出现的动态相变。理解这些动态磁行为,对于未来设计基于超导体的快速开关器件以及量子信息技术具有重要意义。 本书的另一个核心关注点在于非平衡超导体的集体激发。在平衡态下,超导体的集体激发是 the amplitude (Higgs) mode 和 the phase (Goldstone) mode。然而,在非平衡状态下,这些模式的行为会发生显著改变。例如,光激发可能会“唤醒”原本被屏蔽的Higgs模式,使其在时间上具有可观测的振荡。我们将探索这些动态集体激发如何携带信息,以及它们如何反映出超导电子系统在非平衡状态下的内在对称性破缺和恢复过程。 此外,本书还将触及一些前沿的研究方向,例如: 非平衡超导与拓扑物理的交叉:在非平衡条件下,材料的拓扑性质是否会发生改变?是否存在“非平衡拓扑超导”? 多物理耦合的非平衡超导:当超导系统同时受到光、电、磁以及机械应力等多种因素影响时,其动力学行为将呈现出何种复杂性? 非平衡超导的量子信息应用:动态调控超导状态的潜力,是否为实现新型量子比特、量子传感器以及量子模拟器提供了新的思路? 本书的目标读者包括但不限于凝聚态物理、量子光学、半导体物理等领域的博士研究生、研究人员以及对量子多体系统和非平衡动力学感兴趣的科学家。我们力求在保持理论严谨性的同时,提供清晰的物理图像和直观的理解。通过对这些动态量子现象的深入剖析,本书期望能够激发读者对超导性更深层次的理解,并为未来的理论研究和实验探索提供有益的参考。我们相信,对非平衡超导性的探索,不仅是理解物质本质的必由之路,更是孕育未来颠覆性技术的重要源泉。

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读后感

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这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴,那种深邃的蓝色调,搭配着跳跃的、仿佛在模拟量子波动的白色线条,让人在翻开扉页之前,就已经感受到一股强烈的、关于“秩序与无序交织”的哲学意味。我特别欣赏作者在引言中对“非平衡态”这一概念的定义和铺垫,他没有急于扎入那些晦涩的数学公式,而是用了一种近乎诗意的语言,勾勒出超导现象在真实世界动态演化中的复杂性。这使得即便是初次接触这个领域的读者,也能迅速建立起一个宏观的认知框架。书中关于经典平衡态超导理论的快速回顾,也处理得相当得体,它既是对历史的尊重,也巧妙地为后续的深入探讨设置了一个坚实的对比基础。我花了大量时间反复研读关于“时间反演对称性破缺”的章节,作者的阐述逻辑清晰,层层递进,将一个原本极其抽象的物理概念,通过巧妙的类比和图形展示,变得触手可及。这种对基础概念的精雕细琢,远超我阅读过的许多同类教材。它不仅仅是一本教科书,更像是一位经验丰富的导师,在你探索未知领域时,耐心而又坚定地为你指引方向。

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这本书的真正魅力,在于其对实验细节的毫不妥协的关注。许多理论物理著作往往过于沉溺于抽象的数学推导,使得读者在合上书本后,仍感觉对如何将这些理论付诸实践感到茫然。然而,这部作品在这方面做得极为出色。作者在讨论的每一个关键模型——无论是利用非平衡格林函数方法,还是引入的动力学平均场理论——后面,都会紧跟着对近期关键实验的深入剖析。我记得有一章专门讨论了超快激光脉冲激发下的动态超导转变,书中对实验装置的描述细致入微,甚至提到了探测灵敏度和时间分辨率的实际瓶颈。这种将“理论之美”与“实验之难”并置的叙事方式,极大地提升了本书的实用价值和可信度。读到这些部分,我仿佛亲身站在了实验室里,感受着每一次光子撞击、每一次电流脉冲带来的信息波动。这使得那些原本高悬在理论殿堂中的概念,立刻获得了鲜活的生命力,激发了我作为研究者更强烈的探索欲。

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我发现这本书最大的价值在于其构建的知识体系的完整性与广度。它并没有局限于某个单一的微观模型,而是像一个细致的地图绘制者,将从朗道费希尔理论到最新的拓扑超导态理论,通过非平衡动力学的视角进行了系统性的整合。在阅读过程中,我常常需要停下来,回顾前面章节的某个结论,因为作者总能巧妙地在后续的章节中,以一种非线性的方式,重新引用并深化之前的概念。例如,在讨论超导体的霍尔效应时,作者回顾了开篇提到的微扰理论,并将其扩展到了更复杂的非线性响应区域。这种“螺旋式上升”的知识结构,有效地避免了传统线性教材中知识点被割裂的问题。它要求读者保持高度的专注力,但也确保了最终形成的是一个相互关联、坚不可摧的知识网络,而不是一堆孤立的知识点碎片。这本书无疑将成为我未来数年内,处理非平衡超导相关问题时,最常翻阅的案头工具书。

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从排版和装帧来看,出版方显然投入了极大的心力。纸张的质感细腻而厚重,即便是长时间在强光下阅读,眼睛的疲劳感也得到了明显的缓解。更值得称赞的是图表的质量。在处理多维相图和复杂的能带结构时,线条的清晰度和色彩的区分度至关重要,而这本书在这方面几乎是无可挑剔的。特别是在处理时间演化相关的动态过程时,作者所绘制的示意图,其信息密度之高,结构之清晰,令人叹服。我尤其欣赏那些“对比图”的设计,它们常常将平衡态和非平衡态下的某个物理量在同一坐标系下进行对比展示,这种直观的冲击力,胜过千言万语的文字解释。对于习惯于通过视觉信息构建物理图像的我来说,这些精心设计的插图,是加速我理解复杂概念的关键跳板。这种对细节的极致追求,充分体现了出版方对严肃科学著作应有品质的尊重。

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这本书的语言风格变化多端,这让我感到非常惊喜。在介绍前沿交叉领域时,作者的语气变得异常严谨且具有前瞻性,充满了对未来研究方向的预测和挑战,读起来有一种站在时代前沿的振奋感。而在回顾那些经典但已被复杂化的理论分支时,作者又切换为一种近乎哲学辩论的语调,仿佛在与历史上的巨匠对话,条分缕析,逻辑缜密。最让我印象深刻的是,作者在处理某些尚未完全统一的理论模型时,并没有采取回避的态度,而是坦诚地指出了当前理论框架的局限性,并明确地提出了几个有待解决的开放性问题。这种透明度,对于一个严肃的学术读者来说,是无比宝贵的。它不仅仅是在传授“已知”,更是在邀请读者加入到“探索未知”的行列中来,这种主动的引导,极大地丰富了我的阅读体验,让我感觉自己不仅仅是一个被动的知识接收者,而是一个积极的知识共建者。

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