Electron Transport in Nanostructures and Mesoscopic Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ouisse, Thierry

出品人:

页数:387

译者:

出版时间:2008-9

价格:£ 52.95

装帧:

isbn号码:9781848210509

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• Electron transport
• Nanostructures
• Mesoscopic devices
• Quantum transport
• Nanoelectronics
• Condensed matter physics
• Physics
• Materials science
• Nanotechnology
• Device physics

凝聚态物理中的前沿课题：拓扑绝缘体与量子霍尔效应的深层探索 图书名称： 凝聚态物理中的前沿课题：拓扑绝缘体与量子霍尔效应的深层探索 内容简介 本书聚焦于凝聚态物理学中最具活力和变革性的两个前沿领域：拓扑绝缘体（Topological Insulators, TIs）和量子霍尔效应（Quantum Hall Effect, QHE）。本书旨在为高年级本科生、研究生以及相关领域的研究人员提供一个深入、全面且富有洞察力的导览，阐述这些奇异物态背后的基本理论框架、实验观测现象及其在未来量子器件中的巨大潜力。 本书的结构设计旨在实现理论的严谨性与物理图像的清晰性之间的完美平衡。我们不满足于对现有理论的简单回顾，而是深入挖掘了支撑这些现象的数学工具和物理原理，同时强调了如何将这些复杂的概念转化为可理解的物理图像。 第一部分：量子霍尔效应的精妙世界 本部分将带领读者重温并超越经典的量子霍尔效应。我们从朗道能级（Landau Levels）的构建开始，详细分析了二维电子气（2DEG）在强磁场下的量子行为。 第一章：基础与拓扑起源 首先，我们将回顾经典霍尔效应和早期量子霍尔效应的发现历程。随后，我们将引入布洛赫定理、能带理论的基础，并为理解拓扑性质奠定必要的数学基础，特别是介绍陈（Chern）数——这个在拓扑绝缘体和整数量子霍尔效应中起核心作用的拓扑不变量。我们将严格推导量子霍尔电导的精确整数值，解释其对杂质散射和形貌波动的免疫性。 第二章：分数量子霍尔效应的相互作用奇观 分数量子霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect, FQHE）是电子间强相互作用的直接体现。本章将深入探讨朗道-费斯曼（Laughlin）波函数，解析其分数电荷和准粒子激发。我们将着重讨论分数量子霍尔态的拓扑简并性，并探讨其与非阿贝尔任意子的关联，这对于容错量子计算具有里程碑式的意义。我们会详细分析其分层结构和磁通的穿透机制。 第三章：非阿贝尔霍尔效应与马约拉纳费米子 在此基础上，我们转向更前沿的非阿贝尔分数量子霍尔态，特别是 $ u=5/2$ 态。本章将阐述非阿贝尔统计的物理意义，并重点介绍马约拉纳零能模（Majorana Zero Modes）如何作为非阿贝尔任意子的实例出现。我们将讨论它们在拓扑量子计算中的应用潜力，包括如何利用编织操作（braiding）实现鲁棒的量子门操作。 第二部分：拓扑绝缘体的理论与实现 第二部分将核心转向拓扑绝缘体，这些材料具有绝缘的体态和由时间反演对称性保护的导电表面态。 第四章：从体到边的桥梁：拓扑不变量的推广 本章旨在建立从传统能带理论到拓扑理论的过渡。我们将介绍时间反演对称（Time-Reversal Symmetry, TRS）在拓扑分类中的关键作用。核心内容是 $mathbb{Z}_2$ 拓扑不变量的定义和计算方法。我们将使用简化的有效哈密顿量模型（如Kaye-Mele模型或二维的Kane-Mele模型）来直观展示无序对拓扑性质的影响，并引入晶格规范理论的视角来理解表面态的起源。 第五章：二维拓扑绝缘体：自旋-轨道耦合的主导 二维拓扑绝缘体（2D TIs），如HgTe/CdTe异质结，是理解拓扑物理的理想平台。本章将深入探讨强自旋-轨道耦合（Spin-Orbit Coupling, SOC）如何翻转能带结构，导致拓扑相变。我们将详细分析“狄拉克锥”（Dirac Cone）的性质，特别是其零偏置电导中的拓扑保护，以及自旋-动量锁定（Spin-Momentum Locking）的物理机制。我们会探讨如何通过电子显微技术验证自旋极化表面态的存在。 第六章：三维拓扑绝缘体：表面的狄拉克金属 三维拓扑绝缘体（3D TIs），如$ ext{Bi}_2 ext{Se}_3$族材料，展示了更丰富的表面物理。本章侧重于三维拓扑绝缘体中的表面狄拉克费米子。我们将分析其表面态的线性色散关系，并阐明该狄拉克锥的螺旋性质（Helicity）与体态拓扑性质之间的内在联系。此外，我们将讨论如何通过磁性掺杂或表面图案化来打开拓扑表面态的能隙，并探索磁性拓扑绝缘体（Magnetic TIs）中可能出现的拓扑磁电效应。 第七章：拓扑晶体绝缘体与高阶拓扑现象 本章将把视野拓展到更广阔的拓扑分类空间——拓扑晶体绝缘体（Topological Crystalline Insulators, TCIs）和高阶拓扑绝缘体（Higher-Order TIs, HOTIs）。我们将讨论晶体对称性（如镜面反射对称）如何替代或补充TRS来保护拓扑边界态。对于HOTIs，我们将详细解析其角态（corner states）或棱态（hinge states）的出现机制，这要求我们超越传统的体-边对应关系，引入更复杂的拓扑指数。 第三部分：前沿应用与器件展望 最后一部分将关注如何将这些基础理论转化为可实际应用的量子技术。 第八章：拓扑材料在低能耗电子学中的潜力 本章探讨拓扑材料在下一代电子器件中的应用前景。我们将分析拓扑表面态的低耗散输运特性，并讨论如何利用自旋-电荷转换效应（如：Rashba-Edelstein效应）来设计新型的自旋电子器件。此外，我们还将评估拓扑材料在超越CMOS逻辑电路中的可行性。 第九章：拓扑超导与马约拉纳零能模的器件化 将拓扑绝缘体或量子自旋霍尔材料与超导体制备的界面是寻找稳定马约拉纳费米子的主要途径。本章将详细介绍异质结的构建方法、界面处的有效哈密顿量，以及如何通过输运测量（如零偏置电导峰）来确证马约拉纳零能模的存在。我们将深入分析实验中面临的挑战，包括背景杂态和非理想界面带来的干扰。 第十章：统一的拓扑视角与未来展望 在总结部分，我们将试图在一个统一的框架下审视拓扑绝缘体、量子霍尔效应以及其它拓扑物态（如拓扑超导体）。我们将回顾拓扑相图的概念，并展望该领域未来的发展方向，包括高阶拓扑材料在非线性光学、拓扑光子学以及对量子引力理论的间接探索中的潜在角色。 本书的特点在于其深入的数学推导，并配有大量精选的理论模型（如SSH模型、Hubbard模型在强磁场下的近似）和关键的实验数据分析，确保读者不仅了解“是什么”，更能理解“为什么”和“如何实现”。本书力求成为该领域从入门到精通的权威参考书。

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（不能算作评论）Coulomb Blockade心中永远的痛啊。。。其实一直到上完课，考完试我也还是不知道Quantum coherence倒底是什么意思，Resonant tunneling device可以用来干什么，上课复习很纠结，但依然有美好的回忆。一般来说我豆瓣上标的书都是完全读完过的，这是第一个例外。Ouisse书比他的Lecture要清晰细致得多，毕竟篇幅在那。另一本被推荐的关于Nanotransport的教材来自Purdue的Datta，这两本书内容大体上相似，但后者我没读过，所以不做评价。除去S矩阵和关于噪声的内容，书里探讨的几大现象都可以看作quantum well的延伸，所以量子力学里对于这个问题的描述是基础中的基础，另外，coupling well在集成光学中也有运用

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