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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Guozhong Cao

出品人:

页数:596

译者:

出版时间:2011-1-3

价格:USD 99.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789814324557

丛书系列:

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• 材料科学
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现代物理学前沿：量子力学与信息技术交汇的探索 图书名称： 现代物理学前沿：量子力学与信息技术交汇的探索 内容简介： 本书深入剖析了21世纪物理学最激动人心的两个交叉领域：量子力学的基础理论及其在信息技术，特别是量子计算和量子通信中的革命性应用。我们不再仅仅满足于理解物质的微观世界，而是着手利用其固有的奇特性质——叠加态与量子纠缠——来重塑我们处理信息、加密数据乃至模拟复杂系统的能力。 本书的叙事结构旨在为具有扎实经典物理学基础的读者构建一座通往量子前沿的坚实桥梁。我们没有聚焦于宏观材料科学的尺度效应，而是将视野投向了能量、信息和物质在普朗克尺度上的基本行为模式。 第一部分：量子理论的再审视与深化 本部分首先对标准的量子力学框架进行了严谨的回顾，但着重强调了那些最能激发技术创新的概念。 1. 薛定谔方程的动态视角与诠释争议： 我们超越了简单的定态问题，详细探讨了含时薛定谔方程在描述系统随时间演化中的关键作用。特别地，本书对“测量问题”进行了深入的哲学和数学探讨，对比了哥本哈根诠释、多世界理论（MWI）以及退相干理论的最新发展，旨在帮助读者理解为什么不同的诠释路径会导致截然不同的技术实现前景。 2. 旋转、自旋与角动量代数： 旋转算符和角动量本征态的数学结构是理解量子信息的基石。本章细致地推导了泡利矩阵和角动量算符的对易关系，并展示了它们如何决定了电子、光子等基本粒子在磁场和电场中精确的行为。我们强调了自旋作为量子比特（Qubit）的内在物理实现的可能性。 3. 微扰论的精妙应用： 变分法和微扰论是解决复杂量子系统能级和跃迁概率的经典工具。本书详细阐述了定态微扰论和含时微扰论在计算原子光谱（如斯塔克效应和塞曼效应）中的精确应用，这些计算成果是开发高精度传感器和激光系统的理论基础。 第二部分：量子信息学的核心原理与实现挑战 本部分是全书的技术核心，专注于将抽象的量子理论转化为可操作的信息处理范式。 4. 量子比特（Qubit）的物理载体： 我们系统地考察了当前主流的量子比特物理实现方案，但视角完全集中于其信息存储和操作的效率，而非材料本身的结构尺寸。深入讨论包括： 超导电路（Transmons）： 聚焦于电路的非线性LC振荡特性如何产生离散的能级，以及微波脉冲如何作为逻辑门操作的工具。我们分析了相干时间（Coherence Time）和退相干机制对电路Qubit寿命的制约。 囚禁离子（Trapped Ions）： 探讨了激光冷却和电磁阱技术如何将单个原子束缚，并利用离子的内部能级作为存储单元。重点分析了Mølmer-Sørensen门在实现高保真度双Qubit逻辑操作中的优越性。 拓扑量子比特的理论前景： 尽管实现难度极大，我们仍对基于非阿贝尔任意子的拓扑保护计算模型进行了详细的理论介绍，强调其抵抗局部噪声的固有优势。 5. 量子纠缠的量化与分发： 纠缠是量子计算的“资源”。本章对纠缠的概念进行了严格的数学定义，包括对贝尔不等式的应用以及对纠缠熵（Entanglement Entropy）的计算。我们讨论了如何通过“纠缠对生成器”来高效地制备高纯度的纠缠态，这是实现量子密钥分发（QKD）和量子隐形传态的关键前置步骤。 6. 量子算法的数学框架： 本部分详述了超越经典图灵机的两个里程碑式算法的数学原理： Shor算法： 侧重于对数域上量子傅里叶变换（QFT）的精确推导，解释QFT如何加速周期查找过程，并分析其对当前主流公钥加密体系的威胁。 Grover搜索算法： 分析振幅放大技术，即如何通过一系列反射操作，实现对非结构化数据库平方级的加速，重点关注其在解决组合优化问题中的潜力。 第三部分：跨越经典界限：量子模拟与未来通讯 最后一部分将目光投向量子技术在解决特定复杂科学问题以及构建下一代通信网络中的实际潜力。 7. 量子模拟：解决“难算”的问题： 本章区分了通用量子计算机和专用量子模拟器（Quantum Simulators）。我们探讨了如何使用可控的量子系统（如超冷原子阵列）来模拟材料科学或高能物理中的哈密顿量，这些哈密顿量对于经典计算机来说计算量呈指数级增长。重点案例包括对费米子系统（如高温超导体的Hubbard模型）的动态演化模拟。 8. 量子网络与安全通信的物理层： 聚焦于信息在空间中传输的物理限制。我们详细分析了光纤中的损耗、光子探测的效率极限，并深入探讨了基于BB84协议和E91协议的量子密钥分发（QKD）的实际部署挑战。内容涵盖了单光子源、雪崩光电二极管（APD）的探测效率，以及如何利用量子中继器（Quantum Repeaters）的概念来克服远距离传输中的信号衰减问题。 结论： 本书旨在为读者提供一个清晰的蓝图，描绘出从基础量子力学原理到尖端信息技术应用的完整路径。它强调的是物理学原理在信息处理领域中的精确映射与工程化挑战，是一部面向理论物理学家、电子工程师和计算机科学家的深度参考著作，旨在驱动下一代信息技术的革命性突破。

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我是一名长期关注科技发展的普通读者，对《Nanostructures and Nanomaterials》这本书感到非常好奇。虽然我对具体科学原理不甚了解，但我对纳米技术所带来的革新和改变充满期待。我希望这本书能为我揭示纳米技术是如何悄悄地改变我们的生活，或者将如何塑造我们的未来。书中是否会包含一些引人入胜的案例，展示纳米材料在各个领域取得的突破性进展？例如，在环境保护方面，纳米材料是否能够帮助我们解决污染问题，开发出更清洁的能源？在食品安全方面，纳米技术是否能提高食品的质量和保质期？在日常生活方面，纳米材料是否能让我们的衣物更舒适、电子产品更智能、交通工具更高效？我希望书中能用通俗易懂的语言，解释这些应用背后的基本原理，让我能够理解为什么这些微小的材料能带来如此巨大的改变。我也对纳米技术可能带来的潜在风险和伦理问题有所关注，希望书中能对此有所提及，引发我的思考。我希望这本书能让我对纳米技术有一个更全面、更客观的认识，并对科技发展充满信心，同时也保持一份审慎。

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作为一名即将步入材料科学领域的学生，《Nanostructures and Nanomaterials》这本书对我来说意义非凡。在大学期间，我接触过一些基础的材料学知识，但对纳米材料这一细分领域了解甚少，迫切需要一本能够系统性引导我入门的书籍。我希望这本书能够循序渐进地介绍纳米材料的基本概念、分类以及主要的制备和表征技术。比如，在制备方面，我希望能了解溶胶-凝胶法、化学气相沉积法（CVD）、原子层沉积法（ALD）等常用技术的原理和优缺点，以及如何通过控制工艺参数来获得特定形貌和尺寸的纳米结构。在表征方面，我期待能够学习到X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱等技术的原理和应用，了解它们如何帮助我们分析纳米材料的晶体结构、表面形貌和化学成分。书中对于纳米材料的理论基础，如量子力学、固体物理在纳米尺度下的表现，是否有初步的介绍？这有助于我理解纳米材料的独特物理性质。此外，我希望书中能涵盖一些典型的纳米材料，如金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等，介绍它们的结构特点、制备方法和主要应用领域，为我后续深入学习打下坚实基础。这本书将是我探索纳米材料世界的起点，我希望它能够提供清晰的逻辑脉络和丰富的知识点，帮助我建立扎实的专业知识体系。

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作为一名对科学探索充满热情的学生，《Nanostructures and Nanomaterials》这本书我一直非常关注。我希望它能够成为我认识这个奇妙的微观世界的引路者。我希望书中能够从最基础的概念讲起，比如什么是“纳米”？它在我们日常生活中扮演着怎样的角色？我非常期待书中能用图文并茂的方式，展示各种各样令人惊叹的纳米结构，比如原子排列形成的完美晶体，或者像链条一样的纳米线，还有像薄纸一样的纳米片。了解它们的形态之后，我更想知道它们是如何被制造出来的。书里会不会介绍一些“魔法”般的制备方法，比如“从无到有”地“生长”出纳米材料？我希望这些解释不要太过于专业，能够让我这个初学者也能轻松理解。当然，我最感兴趣的还是这些纳米材料到底有什么“超能力”。我听说它们可以用在很多地方，比如让手机屏幕更清晰，让衣服更防水，甚至还能用在医疗上。我希望书中能讲一些关于纳米材料的神奇应用故事，让我感受到科学的魅力，也激发我将来学习相关知识的兴趣。我希望这本书能让我看到纳米世界的美丽，并点燃我对科学探索的热情。

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我是一名从事材料加工和制造的工程师，一直关注如何将实验室的纳米技术成果转化为实际的工业应用。《Nanostructures and Nanomaterials》这本书吸引我的地方在于其潜在的实用性和指导性。我希望能了解不同纳米材料的工业化制备技术，包括规模化生产的可行性、成本控制以及质量稳定性等关键问题。书中是否会讨论如何优化现有工艺，或者介绍一些新兴的、更具成本效益的纳米材料合成方法？我特别关注纳米材料的工程应用，比如如何将纳米材料集成到现有的材料体系中，或者开发出基于纳米材料的新型功能涂层、复合材料。例如，在提高材料的耐磨性、硬度、耐腐蚀性方面，纳米颗粒的添加是否能起到显著作用？如何实现纳米颗粒在基体材料中的均匀分散和良好结合？我希望书中能提供一些关于纳米复合材料设计、制备和性能评价的案例研究，以及相关的工程实践建议。此外，我对纳米材料在增材制造（3D打印）领域的应用前景也十分看好。书中是否会探讨如何利用纳米材料制备高精度、高性能的3D打印部件，或者开发出新型的纳米打印技术？这对于我探索新的制造工艺和产品开发具有重要意义。总而言之，我希望这本书能为我提供连接纳米科学理论与工程实践的桥梁，帮助我理解和掌握纳米材料在工业生产中的应用潜力。

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我是一名对科学充满好奇的科普爱好者，偶然间看到了《Nanostructures and Nanomaterials》这本书的介绍，立刻就被它吸引了。我一直觉得，我们生活在一个充满奇迹的物质世界里，而纳米科技则像是揭开了这个世界最深层次的秘密。我希望这本书能够用通俗易懂的语言，为我解释那些听起来非常高深的纳米概念。比如，“纳米”到底有多小？它与原子、分子有什么关系？书里会不会用生动的比喻或者图示来帮助我理解？我非常期待能够了解到不同类型的纳米材料，它们各自有什么独特的“本领”。我知道有些纳米材料可以发光，有些可以导电，有些甚至可以用来治疗疾病。我希望能在这本书里看到这些精彩的故事，了解它们的奇妙之处，以及科学家们是如何发现和利用它们的。书中是否会介绍一些有趣且具有创新性的纳米材料的应用，比如让衣服具有自清洁功能，让屏幕变得更薄更亮，或者开发出更高效的太阳能电池？这些贴近生活的应用让我觉得科学离我并不遥远。我希望这本书能带我进入一个充满想象力的纳米世界，激发我对科学研究的兴趣，也让我对未来科技的发展充满期待。我希望这本书不仅仅是枯燥的理论堆砌，更能包含一些引人入胜的案例和故事，让我感受到纳米科技的魅力。

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我是一位对生物医学领域充满热情的学者，一直密切关注纳米技术在疾病诊断、治疗和药物递送方面的最新进展。《Nanostructures and Nanomaterials》这本书的书名恰好触及了我最感兴趣的交叉领域。我希望书中能够深入介绍各类生物相容性好的纳米材料，以及它们在体内外的特性。例如，金纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、纳米药物载体等，它们是如何被设计来靶向特定细胞或组织的？书中关于纳米载体在药物包载、释放控制方面的机制，是否有详细的阐述？我特别关注纳米技术在癌症治疗中的应用，如纳米药物递送系统、纳米光热治疗、纳米影像诊断等。我希望能在这本书中找到关于这些技术原理、临床前研究和临床试验进展的详尽信息。例如，纳米颗粒如何克服生物屏障，实现对肿瘤细胞的高效靶向和杀伤？纳米材料在生物成像中的应用，如作为造影剂，提高成像分辨率和灵敏度，这方面的研究进展如何？此外，我对纳米材料在组织工程、再生医学领域的应用也充满好奇。例如，纳米支架材料如何促进细胞生长、分化和组织再生？书中能否介绍一些生物诱导的纳米材料的形成机制，或者纳米材料与生物大分子的相互作用？总之，我希望这本书能为我提供一个全面了解纳米技术在生物医学领域应用的知识框架，并激发我在这方面进行更深入的研究。

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这本《Nanostructures and Nanomaterials》简直是为我量身打造的！我一直对微观世界充满了好奇，尤其是那些隐藏在日常物质背后，肉眼无法触及的精妙结构。从这本书的封面设计就透出一股严谨而又充满探索精神的气息，让我迫不及待地想翻开它。我尤其期待书中能够深入浅出地介绍各种纳米材料的制备方法，比如物理法、化学法，甚至是一些新兴的生物法，我想知道科学家们是如何在原子和分子层面“建造”这些神奇的材料的。当然，了解它们的结构固然重要，但更吸引我的是它们在各个领域的应用前景。从高性能催化剂到新型电子器件，再到生物医学领域的药物递送和诊断，纳米材料的可能性似乎是无穷无尽的。我希望这本书能为我揭示这些应用背后的科学原理，让我明白为什么这些微小的结构能够带来如此巨大的性能提升。书中是否有关于纳米材料的表征技术，例如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）的详细介绍？我一直对这些高科技的观察手段感到着迷，想知道它们如何帮助我们“看到”纳米世界。此外，对于一些具有独特光学、电学、磁学性质的纳米材料，例如量子点、金属纳米颗粒，书中会有专门的章节进行探讨吗？我非常想了解它们的奇特性质是如何产生的，以及这些性质又如何被巧妙地应用于实际生活中，比如在显示技术、能量收集或传感设备中。总而言之，我希望这本书能为我打开一扇通往纳米科技大门的钥匙，让我能够更系统、更深入地理解这个激动人心的领域。

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我是一名对物理学基础理论有着深厚兴趣的研究者，尤其对纳米尺度下的量子效应和集体行为着迷。《Nanostructures and Nanomaterials》这本书的书名提示了它可能包含大量与量子力学、固体物理紧密相关的理论内容。我希望能在这本书中深入理解纳米材料中独特的物理现象，例如量子尺寸效应、表面等离激元共振、量子隧穿效应等。书中是否会提供详细的数学模型和理论推导，来解释这些现象的产生机制？我对纳米材料的电子结构、光学性质和磁学性质如何受到尺寸、形貌和化学环境的影响有着浓厚的兴趣。例如，金属纳米颗粒的光学性质，如表面等离激元共振，是如何随着颗粒尺寸和形状的变化而变化的？量子点如何表现出随尺寸变化的独特发光性质？书中关于纳米材料的能带结构、激子行为、电荷输运等方面的讨论，对我理解材料的电学和光学性能至关重要。此外，我希望书中能涵盖一些关于纳米材料中集体行为和相变的研究，例如纳米颗粒的自组装、纳米网络的导电特性、以及纳米材料在磁性、超导性方面的潜在应用。我对纳米材料在量子计算、自旋电子学等前沿领域的理论基础和研究进展也充满期待，希望能从中获得启发，将我的理论研究引向新的方向。

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对于《Nanostructures and Nanomaterials》这本书，我抱着极大的学习热情。我从事的是材料科学领域的研究，但目前在纳米材料这一块的知识体系还不够完善，急需一本能够系统梳理纳米结构与材料性能之间关系的权威著作。这本书的书名就直击我的痛点，直接点明了核心内容。我特别关注书中对于纳米尺度下材料物理化学性质的改变的讨论。在宏观尺度下，我们熟悉的材料可能表现出截然不同的行为，例如量子尺寸效应、表面效应等，这些都是在纳米尺度下才能显现的独特现象。我希望能在这本书中找到详尽的解释，理解这些效应的微观机制，以及如何通过调控纳米结构的尺寸、形貌、晶体结构等参数来“定制”材料的性能。书中对于不同类型的纳米材料，比如零维（量子点）、一维（纳米线、纳米管）、二维（纳米片）以及三维纳米结构，是否会进行分类介绍，并分别阐述它们的特点和应用？这对于我构建完整的知识框架至关重要。此外，我希望书中能涵盖纳米材料在催化、储能、光学、电子、生物医药等前沿领域的最新研究进展和应用案例，尤其是一些具有突破性意义的研究成果。我对书中关于纳米材料的力学性能、热学性能以及其在极端环境下的稳定性也有浓厚的兴趣，这对于我评估和选择合适的纳米材料用于我的科研项目非常有价值。希望这本书能为我提供丰富的理论基础和实践指导，帮助我在纳米材料领域取得新的突破。

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我是一名对前沿科学技术充满热情的研究人员，最近一直在关注纳米材料在能源领域的应用。因此，《Nanostructures and Nanomaterials》这本书的书名立刻吸引了我的目光。我希望这本书能深入探讨纳米材料在提高能源转换效率、储存能力以及催化性能方面的作用。例如，在太阳能电池领域，纳米材料如量子点、纳米线和纳米颗粒是如何通过调控其光学带隙、载流子传输特性来提升光电转换效率的？书中是否有关于纳米结构在提高光吸收、促进电荷分离和传输方面的具体机制的详细阐述？我特别关注纳米材料在储能器件，如锂离子电池、超级电容器中的应用。例如，纳米结构的增大比表面积和缩短离子扩散路径，如何有效地提高电池的能量密度、功率密度和循环寿命？书中能否介绍一些新型的纳米电极材料，如纳米线阵列、多孔纳米材料等，以及它们的设计原理和性能优势？在催化领域，纳米材料凭借其高比表面积和丰富的表面活性位点，在多相催化、光催化等领域展现出巨大的潜力。我希望书中能详细介绍纳米催化剂的设计理念，以及如何通过调控纳米结构的尺寸、形貌、晶面取向和表面缺陷来优化其催化活性和选择性。我对书中关于纳米材料在燃料电池、制氢、CO2转化等方面的最新研究进展也充满了兴趣，希望能从中获得启发，为我的研究提供新的思路和方向。

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