Semiconductor Principles and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:NJATC, NJATC

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2008-3

价格:862.00元

装帧:

isbn号码:9781418073411

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 电子学
• 物理
• 器件
• 电路
• 应用
• 原理
• 固体物理
• 材料科学
• 工程

深度探索凝聚态物理：从基础理论到前沿应用 本书聚焦于凝聚态物理学的核心领域，旨在为读者提供一个全面而深入的理论框架，并探讨其在现代材料科学与工程中的前沿应用。全书结构严谨，内容涵盖了从微观量子力学基础到宏观集体现象的广泛主题，力求在理论深度与应用广度之间取得完美平衡。 第一部分：量子基础与晶体结构理论 本部分奠定了理解凝聚态系统的量子力学基础，并详细阐述了周期性势场中电子的行为。 第一章：多体系统的量子场论基础 本章首先回顾了单粒子量子力学在描述固体电子问题中的局限性。随后，引入了二次量子化的概念，使用产生算符和湮灭算符来描述费米子和玻色子系统。重点讨论了粒子数守恒和哈密顿量的二次量子化表示。在此基础上，详细推导了平均场理论（如Hartree-Fock方法）的构建过程，分析了其在描述电子-电子相互作用时的优势与不足。最后，对线性响应理论进行了深入的探讨，为后续描述物质对外部扰动的响应奠定数学基础。 第二章：周期性势场与布洛赫定理的精妙 本章的核心在于理解晶体对称性对电子能谱的影响。首先，从拉赫曼方程出发，推导了在周期性势场下电子波函数必须满足的布洛赫定理，清晰阐明了布洛赫波的结构及其准动量概念。随后，深入分析了布里渊区的几何结构，并详细介绍了晶面群、空间群等晶体对称性的数学描述。章节重点探讨了紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）和平面波展开法在计算能带结构中的应用，通过具体实例（如简单立方晶格）展示了如何从原子轨道构建能带图。本章还对狄拉克锥的形成条件及其在拓扑材料中的重要性进行了初步的几何和代数分析。 第三章：晶格振动与声子动力学 本章将焦点从电子转移至晶格的集体激发——声子。首先，采用牛顿定律和弹性连续介质模型来宏观描述晶格振动，引入了色散关系的概念。随后，采用哈密顿量形式，通过正规模分析精确推导了一维和三维晶格的声子谱。详细讨论了声学支与光学支的物理意义，以及德拜模型和林拜模型在计算晶格比热中的应用与局限性。最后，探讨了声子-电子相互作用（如费曼图描述的散射过程）对材料电阻和热导率的影响，强调了声子扮演的“准粒子”角色。 第二部分：电子行为与低维系统 本部分专注于电子在材料内部的输运特性、相互作用效应以及在受限几何结构（如表面和薄膜）中的特殊行为。 第四章：电子输运与玻尔兹曼方程 本章致力于建立从微观动力学到宏观输运现象的桥梁。首先，详细阐述了玻尔兹曼输运方程的推导过程，明确了弛豫时间近似的物理内涵。重点讨论了在电场和温度梯度驱动下的电导率、霍尔系数和热导率的计算方法。对散射机制进行了分类，包括电子-声子散射、杂质散射和电子-电子散射，并引入了Matthiessen定则。最后，深入分析了量子霍尔效应（整数和分数）的物理图像，解释了边缘态和拓扑不变量在维持输运鲁棒性中的关键作用。 第五章：电子相互作用与关联效应 本章探讨了当电子之间的库仑排斥力不可忽略时所产生的复杂现象。首先，回顾了朗道费米液体理论，解释了如何通过准粒子的概念来描述相互作用系统的低能激发。随后，详细介绍了Mott绝缘体的形成机制，对比了Hubbard模型在解释强关联体系中的优势。本章的高潮在于对自旋密度波（SDW）和电荷密度波（CDW）的阐述，分析了这些集体激发如何导致金属到绝缘体的转变，并引入了平均场近似和局域电子模型来处理这些非平凡的基态。 第六章：二维电子气与表面物理 本章聚焦于原子级厚度的材料体系。首先，介绍了二维电子气（2DEG）的形成条件，如在半导体异质结界面或石墨烯中的表现。详细分析了量子限域效应对电子能级的重构。在表面物理方面，本章详细讨论了表面重建的物理驱动力，并利用态密度（DOS）的概念来描述表面或界面处的电子结构变化。重点介绍了扫描隧道显微镜（STM）的成像原理，解释了如何通过局部态密度的空间分布来“看”到原子级别的电子波函数。 第三部分：磁性、超导与拓扑材料 本部分深入探讨了材料中自旋和电荷的集体有序态，特别是磁性、超导电性和拓扑性质的理论描述。 第七章：磁性有序态的理论 本章系统地研究了电子自旋的相互作用与排列。首先，从海森堡模型出发，阐述了铁磁性、反铁磁性的微观起源，并介绍了平均场理论在描述居里温度和奈尔温度方面的应用。随后，引入了伊辛模型，并利用统计力学方法（如配分函数配法）计算了其热力学性质。详细探讨了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）对磁结构的影响，并分析了斯格明子（Skyrmion）作为拓扑磁结构在信息存储领域的潜力。 第八章：超导电性：从BCS理论到拓扑超导 本章是凝聚态物理中最具挑战性的领域之一。首先，回顾了伦敦方程对宏观超导现象的描述。核心内容在于BCS理论的构建，详细推导了库珀对的形成机制、能隙的存在性以及超导相变的二阶热力学性质。随后，引入了Ginzburg-Landau唯象理论，用序参量描述了超导态的形变。本章的先进部分聚焦于拓扑超导，介绍了Majorana费米子在具有强自旋轨道耦合的材料中出现的可能性，及其在容错量子计算中的潜在应用。 第九章：拓扑材料的几何与物理 本章探讨了近年来凝聚态物理中最具革命性的领域——拓扑材料。本章从拓扑不变量的数学概念入手，如陈数（Chern Number）和Z2不变量，解释了它们如何表征材料的拓扑性质。详细分析了拓扑绝缘体（TI）的能带反转现象，并重点讨论了狄拉克半金属和Weyl半金属中无能隙费米面的存在性及其受拓扑保护的表面态。通过具体的模型和计算方法，展示了如何利用K-K空间的拓扑性质来预测和设计具有鲁棒输运特性的新材料。 附录：计算方法与数值模拟 本附录提供了理解和解决前述复杂问题的关键数值工具，包括密度泛函理论（DFT）的基本框架、求解周期性边界条件的平面波基组方法、以及用于处理强关联系统的蒙特卡洛方法和精确对角化技术的简要介绍，旨在为读者后续的深入研究提供实践指导。

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