Introducing Molecular Electronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Cuniberti, G. (EDT)/ Fagas, G. (EDT)/ Richter, K. (EDT)

出品人:

页数:518

译者:

出版时间:

价格:79.95

装帧:HRD

isbn号码:9783540279945

丛书系列:

图书标签:

• 分子电子学
• 纳米技术
• 材料科学
• 电子学
• 物理学
• 化学
• 半导体
• 器件
• 量子力学
• 计算化学

凝聚态物理的前沿探索：功能性材料的微纳尺度调控与应用 本书导读： 本书旨在为凝聚态物理、材料科学、纳米技术及相关交叉学科的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个深入了解功能性材料在微纳尺度下行为、调控及其在下一代电子器件中应用的综合性视角。我们聚焦于如何通过精细的结构设计和界面工程，实现对材料电学、磁学、光学和热学性质的精确控制，从而推动超越传统半导体器件极限的创新。 第一部分：基础理论与表征技术 第一章：微纳尺度下的量子效应与能带结构重构 在传统的块体材料描述框架下，我们通常依赖宏观的能带理论。然而，当系统尺寸进入纳米量级时，量子限域效应（Quantum Confinement）成为主导因素。本章将详细阐述尺寸依赖性对电子态密度、有效质量和能隙的影响。我们将探讨量子阱、量子线和量子点中电子波函数的重构机制，并引入基于密度泛函理论（DFT）和紧束缚模型（Tight-Binding Model）的计算方法，以准确预测这些低维结构的电子结构。重点讨论了表面或界面原子弛豫对局部电子势能面和电荷分布的深刻影响，这些变化是理解界面输运现象的基石。此外，也将涵盖界面极化效应（Interface Polarization）如何导致二维电子气（2DEG）的形成及其在异质结构中的重要性。 第二章：先进表征技术在界面物理中的应用 精确的微观结构信息是理解宏观电学性质的关键。本章将集中介绍几种在界面和低维材料研究中不可或缺的先进表征技术。首先，我们将深入解析高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）在原子尺度的成像和成分分析中的应用，特别是球差校正（Aberration Correction）如何揭示界面缺陷和应力场。其次，X射线光电子能谱（XPS）和近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）在确定化学态、价态以及轨道杂化方面的敏感性将被详细讨论。最后，我们将介绍利用扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）进行局域电子态成像（STS）和纳米机械力学测量的技术细节，强调如何通过这些手段获取材料表面的局域输运特性和形态信息。 第二部分：新型功能材料与界面输运 第三章：二维材料的狄拉克物理与电荷调控 二维材料，如石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）和六方氮化硼（h-BN），因其独特的狄拉克锥形能带结构和极高的载流子迁移率，成为研究基础物理和构建高性能器件的理想平台。本章将着重分析机械剥离、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）等方法制备的二维材料的缺陷控制。随后，我们将深入探讨范德华异质结（van der Waals Heterostructures）的构建原理，强调层间相互作用（如扭转角对能带的影响——“魔角石墨烯”现象）。电荷调控是实现器件功能的核心手段，本章将讨论栅极工程、掺杂策略以及电荷转移机制如何有效地改变狄拉克点的位置和费米能级，进而调控材料的导电模式。 第四章：自旋电子学中的非平衡自旋输运 自旋电子学旨在利用电子的自旋自由度而非仅仅是电荷来存储和处理信息。本章探讨了磁性材料与非磁性材料界面处的自旋注入、自旋累积和自旋扩散现象。我们将详细介绍自旋霍尔效应（SHE）和逆自旋霍尔效应（ISHE）的物理机制及其在产生横向自旋流中的作用。此外，对于新型铁磁体，如反铁磁体和拓扑磁性材料，如何通过外加电场或磁场实现自旋态的快速翻转，是本章的重点。内容将涵盖自旋转移矩（STT）和自旋轨道矩（SOT）驱动的磁化切换，并讨论如何通过结构优化（如界面工程）来提高自旋翻转效率和降低能耗。 第五章：界面离子-电子耦合与忆阻特性 在固态离子导体与电子导体交界处，离子的迁移和电子的传输常常相互耦合，这为开发新型存储器和神经形态计算器件提供了基础。本章侧重于分析在电场驱动下，氧化物或固态电解质中的氧空位或锂离子迁移如何导致电导率的显著、可逆变化。我们将研究忆阻器（Memristor）的工作机理，区分基于电导率突变（Switching）和基于电荷陷阱（Trapping）的机制。通过原位（in-situ）表征，如同步辐射光X射线衍射，可以追踪离子在工作状态下的运动轨迹，从而为设计具有更强鲁棒性和更高开关速度的忆阻器件提供物理指导。 第三部分：器件集成与未来展望 第六章：低功耗晶体管与隧穿机制的优化 传统硅基MOSFET的尺寸受限于短沟道效应和功耗墙。本章探讨了基于二维材料或超薄氧化物的场效应晶体管（FET）的设计策略。重点分析了器件的亚阈值摆幅（SS）限制，并介绍了超薄沟道材料如何克服此限制。随后，本章深入讲解了量子隧穿效应在晶体管中的应用，包括隧穿场效应晶体管（TFETs）。我们将对比费米能级调控型TFET和基于势垒调制型TFET的性能差异，并讨论如何通过精确控制隧穿势垒的形状和高度，实现低于60 mV/decade的亚阈值摆幅，以期在极低电压下工作。 第七章：光电器件的量子效率提升与界面匹配 光电器件，如太阳能电池和光电探测器，其性能高度依赖于光生载流子的分离和收集效率。本章聚焦于如何利用材料界面工程来优化电荷分离过程。在钙钛矿太阳能电池的背景下，我们将讨论载流子传输层（HTL/ETL）的选择，以及界面缺陷钝化技术如何减少非辐射复合。对于光电探测器，本章将分析如何通过异质结设计实现宽光谱响应和高响应度，特别是关注载流子弛豫时间与器件响应速度之间的权衡。本章还将涉及等离激元共振（Plasmon Resonance）在增强光吸收中的应用，以及如何将这些纳米结构集成到柔性衬底上实现可穿戴电子设备。 第八章：面向神经形态计算的突触晶体管 模拟人脑的神经计算模式，需要能够模仿生物突触的动态行为的电子元件。本章探讨了基于电化学晶体管（Electrochemical Transistors）和忆阻器的突触模拟器。我们将阐述如何通过长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）等生物学概念，映射到材料的电导率变化上。重点关注如何通过控制离子/电荷的动态注入和清除，实现脉冲时间依赖的突触权重更新（Spike-Timing-Dependent Plasticity, STDP）。最后，本书将展望如何将这些突触元件与新型感应器和存储器集成，构建高密度、低功耗的类脑计算系统，并讨论该领域在实际应用中面临的材料稳定性与可扩展性挑战。

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