粒子结构及其相关问题的研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:220

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出版时间:2009-11

价格:38.00元

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isbn号码:9787206062926

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理学
• 粒子结构
• 量子力学
• 高能物理
• 标准模型
• 夸克
• 轻子
• 强相互作用
• 电弱相互作用
• 物理学研究

凝聚态物质的微观世界：从晶格振动到电子行为的深度解析 图书简介 本书聚焦于凝聚态物理学这一宏大领域中的核心议题，旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，用以理解物质在最微小尺度上的组织方式及其宏观性质的起源。我们避开了对特定“粒子结构”或“相关问题”的直接阐述，而是构建了一个更广阔的理论框架，涵盖了固体物理学的基石、材料科学的前沿探索以及量子力学在多体系统中的精妙应用。 全书的叙事主线围绕着两大核心支柱展开：晶格动力学与电子输运及相互作用。 第一部分：晶格的几何与振动——经典与量子的交织 本部分致力于剖析周期性晶体结构背后的数学美学与物理现实。 第一章：晶体的对称性与倒易空间（Reciprocal Space） 本章从宏观观察出发，逐步深入到描述晶体结构的关键工具——布拉格定律及其背后的倒易点阵概念。我们将详细讨论布拉维格子的分类（共七大晶系，十四种布拉维格子）及其爱德华·米勒指数（Miller Indices）在描述晶面和晶向上的应用。重点分析点群和空间群对称性如何严格限制材料的宏观可观测性质，例如压电效应和介电常数。 随后，我们进入倒易空间的构建。倒易矢量与实空间基矢之间的傅立叶变换关系被细致推导，并阐述了布里渊区（Brillouin Zone）作为电子波函数在动量空间中的基本单元的物理意义。这一概念的建立是理解电子能带结构的前提。 第二章：晶格振动——声子（Phonons）的量子化 本章是固体动力学的核心。我们首先从牛顿力学出发，建立一维线性原子链的运动方程，并导出色散关系。随后，通过引入有效晶格常数和近邻相互作用模型，我们将分析区分声学支和光学支的物理起源，理解它们在热力学性质中的不同贡献。 核心内容集中于将晶格振动量子化为声子。我们将讨论声子的准粒子属性，包括其群速度（即声波传播速度）和能量。通过类比光子，我们阐述声子如何扮演“热量载体”的角色。对声子散射过程（三声子、四声子耦合）的分析，是理解固体材料热导率的关键。本章将特别关注德拜模型（Debye Model），它成功地在低温下描述了比热容与温度的三次方成正比的规律，展示了量子统计在凝聚态物理中的早期成功。 第二部分：电子的海洋——能带理论与半导体物理 本部分转向考察凝聚态物质中电子的集体行为，这是理解导电性的基础。 第三章：周期势场中的电子——能带理论的构建 本章的核心是布洛赫定理（Bloch’s Theorem）的严谨推导。布洛赫函数 $psi_{mathbf{k}}(mathbf{r}) = e^{imathbf{k}cdotmathbf{r}} u_{mathbf{k}}(mathbf{r})$ 彻底改变了对电子在晶格中运动的描述。我们将详述近自由电子模型与紧束缚模型（Tight-Binding Model）如何分别从不同角度近似求解薛定谔方程，并解释这些模型如何自然地导致能带（Energy Bands）和能隙（Band Gaps）的出现。 我们深入探讨有效质量（Effective Mass）的概念，它描述了电子在晶格势场中对外部电磁场的响应，揭示了晶格对电子运动的“惯性”修正。能带结构中简并点和费米面的几何形状，直接决定了材料是导体、绝缘体还是半导体。 第四章：半导体的特性与掺杂效应 本章聚焦于半导体物理，这是现代电子技术的核心。我们将分析本征半导体的载流子浓度平衡，以及费米能级在能带隙中的位置。 关键讨论点在于掺杂（Doping）过程。对施主（Donor）和受主（Acceptor）能级的分析，解释了N型和P型半导体的形成机理。本章将细致区分漂移电流（Drift Current）和扩散电流（Diffusion Current），并基于这些机制，引入PN结的形成、空间电荷区（耗尽层）的建立以及二极管的单向导电特性。对载流子迁移率和寿命的讨论，将提供理解实际器件性能的微观基础。 第三部分：电子间的相互作用与新兴现象 本部分将视野扩展到更复杂的电子关联效应，这是理解高低温现象的关键。 第五章：多电子系统的近似与涨落 本章探讨了精确求解多电子薛定谔方程的困难，并介绍了重要的近似方法。我们将回顾平均场理论（Mean-Field Theory），特别是哈特里-福克（Hartree-Fock）方法，它将电子间的库仑排斥视为一种平均场效应，尽管忽略了真实的关联效应。 随后，我们将引入密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的框架，强调其基于基态能量是电子密度的泛函这一核心思想。对局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的讨论，展示了现代计算材料学如何从第一性原理出发预测材料结构和电子性质。 第六章：集体激发与输运现象的深入研究 本章关注电子系统中的集体激发模式。我们将分析电子气在受到扰动时产生的集体振荡——等离子体激元（Plasmons），并讨论其与光吸收的关系。 此外，我们将探讨电子-声子耦合对材料电阻率的贡献。在金属中，温度升高导致晶格振动增强，从而散射电子，增加电阻。通过玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation），我们将引入弛豫时间近似，定量描述温度、杂质、晶界对电阻率的综合影响。最后，本章将简要展望如磁阻效应等宏观输运现象背后的微观电子行为。 全书力求以严谨的物理图像和清晰的数学推导相结合的方式，构建一个坚实的凝聚态物理知识体系，为读者理解从最简单的晶体到最复杂的电子材料提供必要的理论工具和深刻的物理洞察。

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