Neutron and X-ray Scattering in Materials Science and Biology 2007 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ikram, Abarrul (EDT)/ Zulfa, Anne (EDT)/ Hendrana, Sunit (EDT)/ Nurachman, Zeily (EDT)

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2008-4

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9780735405080

丛书系列:

图书标签:

• 中子散射
• X射线散射
• 材料科学
• 生物学
• 散射技术
• 结构分析
• 材料表征
• 生物分子
• 凝聚态物理
• 科学研究

凝聚态物理中的磁性与超导研究：基于同步辐射和中子源的新进展 本书聚焦于当代凝聚态物理和材料科学的前沿课题，重点阐述如何利用尖端同步辐射光源和高通量中子散射技术，深入揭示复杂材料体系，特别是多铁性材料、拓扑材料以及高温超导体内部的微观结构、电子关联与磁性序的形成机制。全书内容紧密围绕实验技术与理论模型的交叉融合展开，旨在为研究生和研究人员提供一套系统且深入的研究视角。 第一章：先进散射技术基础及其在强关联体系中的应用 本章首先回顾了X射线和中子散射在研究材料结构和动力学中的基本原理，特别是针对具有长程有序或短程激发态的复杂体系。重点阐述了高能、高亮度同步辐射光源（如X射线自由电子激光，XFEL）和新一代高通量中子源（如蒙特卡洛模拟的脉冲反应堆）在提升信号信噪比、实现时间分辨测量方面的突破。 详细讨论了散射矢量 $mathbf{Q}$ 和能量转移 $hbaromega$ 空间中获取信息的物理意义。特别指出，相比于传统技术，现代技术在捕捉“弱信号”（如稀土元素的磁散射或拓扑边界态的电子结构）方面所展现出的巨大优势。我们深入分析了同步辐射的圆偏振和线偏振光在区分磁有序（磁性结构因子）和结构有序（原子结构因子）时的独特能力，以及中子散射在探测轻元素（如氢）和磁矩分布上的不可替代性。 第二章：拓扑材料的电子结构与表面态探究 拓扑绝缘体和拓扑半金属是近年来凝聚态物理领域的研究热点。本章的核心在于介绍如何利用角分辨光电子能谱（ARPES，结合同步辐射的高能量分辨率）和高能中子非弹性散射（INS）来表征这些材料中的拓扑特性。 我们将详细探讨表面态和体态的区分技术。通过使用不同穿透深度的软X射线和硬X射线进行光电子能谱测量，可以精确地分离出界面效应和体相行为。对于拓扑晶体绝缘体，本章引入了如何利用软X射线磁圆二色性（XMCD）配合同步辐射，在临界温度以下探测到受拓扑保护的表面磁性有序（如磁性拓扑绝缘体中的反常霍尔效应的微观起源）。 中子散射方面，本章探讨了如何利用中子衍射和非弹性中子散射来探测拓扑量子化激发。例如，在某些拓扑超导体候选材料中，理论预测存在马约拉纳零能模。虽然直接探测极其困难，但本章介绍了一种间接方法：通过中子激发的声子谱或磁激发谱的变化，来推断电子-声子耦合的增强或磁序对拓扑性质的调控机制。 第三章：多铁性材料的耦合激发与多尺度相变 多铁性材料——同时表现出铁电性、铁磁性或铁弹性的材料——是实现电磁耦合器件的关键。本章侧重于使用时间分辨（TR-XAS/TR-XES）和空间分辨（SR-XRD）技术，对多铁材料中的电荷-自旋-晶格耦合进行精细刻画。 核心内容包括： 1. 电荷-轨道-晶格耦合的超快动力学： 利用皮秒乃至飞秒尺度的X射线脉冲，捕捉材料在外部电场或磁场脉冲激发下，铁电畴壁的运动、轨道重构的弛豫时间以及声子模式的瞬时变化。我们对比了同步辐射吸收谱（XAS）在不同元素边缘（如Fe $L$-边，O $K$-边）捕获的轨道有序信息。 2. 磁性序与结构畸变的关联： 详细分析了中子衍射在确定复杂磁结构（如螺旋磁结构）的同时，如何结合同步辐射的粉末衍射数据，解析出磁有序与晶格畸变之间的耦合强度。重点讨论了某些斜铁氧体中，通过温度扫描衍射峰的细微位移，来确定磁相变温度和铁电相变温度的相互影响。 3. 非中心对称性下的磁耦合： 在反演对称性破缺的环境中，Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用的重要性凸显。本章探讨了如何利用圆偏振X射线衍射（CDXI）精确测定非中心对称晶体中的磁性结构，区分出不同类型的螺旋磁结构，并将其与电极化强度关联起来。 第四章：高温超导体的电子-磁性竞争与赝能隙 高温超导，特别是铜氧化物和铁基超导体，其机理仍是物理学界的核心难题。本章将重点讨论如何利用同步辐射的高能、高分辨率能力，来揭示电子关联效应和磁涨落如何在超导态的形成中扮演角色。 内容涵盖： 1. 赝能隙相的结构起源： 利用高能量分辨率的ARPES技术，精确追踪赝能隙相中费米面附近的结构不连续性。详细分析了电荷密度波（CDW）与超导态的竞争，以及在超导态开启前，CDW 激发如何被中子散射探测到，从而揭示电子涨落的集体行为。 2. 磁激发对超导的抑制作用： 深入探讨了非弹性中子散射（INS）在探测超导配对对称性中的作用。重点分析了在铜氧化物中普遍存在的“鞭状”磁激发（Spin Fluctuations），以及这些低能磁激发如何通过磁子散射（Spin Waves）的形式，与超导体的 $d$-波配对进行耦合。书中提供了详细的晶格动力学模型，解释了中子散射谱峰的演化与超导转变温度 $T_c$ 的关系。 3. “费米弧”的结构关联： 结合同步辐射的低能光电子技术，探讨费米面上的“费米弧”结构如何受到局部磁矩排布的影响。通过对不同掺杂浓度样品的对比分析，阐明了超导配对波函数的各向异性与电子-电子相互作用的直接联系。 第五章：生物大分子结构解析与软物质中的关联效应 本章将研究视角从无机材料扩展到生命科学与软物质领域，强调同步辐射在解析大分子结构和研究水溶液中复杂体系动态过程中的关键作用。 重点介绍： 1. 结构生物学中的高分辨率衍射： 讨论蛋白质晶体学和冷冻电镜（Cryo-EM）结合同步辐射光源进行结构解析的最新进展。特别关注高通量筛选技术在筛选最佳晶体样品，以及利用高亮度X射线进行微焦平面探测对获得高质量衍射数据的贡献。 2. 软物质的动态散射： 使用小角X射线散射（SAXS）和中子小角散射（SANS）研究聚合物溶液、胶束形成以及生物膜的自组装过程。强调了同步辐射的高时间分辨率在捕捉快速的相分离过程中的优势，以及中子散射在区分不同原子核（如氘代技术）对确定聚合物链段分布和溶剂化效应方面的不可或缺性。 本书的最终目标是提供一个跨越传统学科界限的框架，展示如何通过先进的同步辐射和中子散射工具，系统地解构从量子磁性到复杂生物体系中的基本物理和化学规律。

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