Physics of Semiconductors in High Magnetic Fields pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Miura, Noboru

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:2007-11

价格:$ 169.50

装帧:HRD

isbn号码:9780198517566

丛书系列:

图书标签:

• 半导体物理
• 高磁场
• 凝聚态物理
• 量子霍尔效应
• 输运性质
• 材料科学
• 电子器件
• 磁学
• 物理学
• 固态电子学

凝聚态物理前沿：量子效应与拓扑材料的探索 第一部分：引言与背景 本书致力于深入探讨凝聚态物理学中一系列前沿且极具挑战性的课题，旨在为研究人员和高年级学生提供一个全面、深入的视角，以理解物质在极端条件或特定几何构型下所展现出的奇特量子行为。我们关注的重点并非传统的半导体物理，而是超越经典描述的、依赖于量子涨落、拓扑性质和强关联效应的新兴物理现象。 本书将从微观层面出发，详细阐述如何利用先进的理论工具和计算方法来刻画复杂多体系统的基态性质和激发谱。内容涵盖了从基础的量子场论在凝聚态中的应用，到具体材料体系的输运性质和光谱学特征的深入分析。 第二部分：低维系统与强关联电子 在当代凝聚态物理研究中，低维系统的研究占据了核心地位。它们极大地增强了电子间的库仑排斥作用和其他相互作用，从而催生出许多令人瞩目的量子相态。 1. 一维系统的精确解与普适性 我们将首先聚焦于一维电子系统。由于空间维度受限，一维电子系统表现出显著的朗道费米液体理论失效的现象。本书将详尽介绍 Luttinger液体理论 的核心思想，包括激子的集体激发、分数激发以及对电导率的修正。我们将利用 Bethe假设 和 密度矩阵重整化群（DMRG） 等精确求解方法，阐明在真实的一维材料（如碳纳米管、导线）中观察到的电荷-自旋分离现象。重点讨论如何通过共振价键（Resonating Valence Bond, RVB） 态来描述这些体系的基态，并将其与长程有序态进行对比。 2. 强关联体系的挑战：Hubbard 模型及其变体 强关联电子模型是理解高温超导、磁性绝缘体等复杂物态的关键。本书将深入剖析 Hubbard 模型 在不同维度和参数区域下的行为。我们将讨论平均场理论（如Mott-Hubbard转变）的局限性，并转向更精密的数值方法。重点内容包括： 蒙特卡罗模拟（Quantum Monte Carlo） 在求解双占据能（$U$）与跳跃能（$t$）比值下的基态性质和高温超导可能性的应用。 自旋波理论 在反铁磁序系统中的推广与修正。 金属-绝缘体转变 的动力学过程，特别是电荷密度波（Charge Density Wave, CDW）的形成机制及其与电子-声子耦合的相互作用。 3. 局域化现象与非晶态 在无序体系中，Anderson 局域化 效应是描述电子如何被杂质势阱捕获的关键概念。本书将从统计力学角度审视局域化的临界行为，并探讨如何利用重整化群方法 来计算临界维度和局域化长度。对于非晶态系统，我们将探讨其结构对电子态的影响，包括玻色玻璃（Bosonic Glass） 态的可能存在性及其实验探测手段。 第三部分：拓扑物态与新型量子材料 近年来，拓扑物理学以其对外部微扰的鲁棒性，彻底改变了我们对物态分类的理解。本书将详细阐述拓扑序的数学基础及其在凝聚态系统中的物理体现。 1. 拓扑绝缘体与拓扑半金属 我们将从 K-空间的拓扑不变量 入手，系统介绍二维和三维拓扑绝缘体（TI）。重点分析 时间反演对称性保护的拓扑边缘态，特别是狄拉克锥的线性色散关系如何保证了无耗散的表面导电性。 强自旋轨道耦合 (SOC) 在驱动TI形成中的核心作用。 Chern 绝缘体 与 量子霍尔效应 的拓扑本质区别，以及如何通过打破时间反演对称性实现量子反常霍尔效应（QAHE）。 对于拓扑半金属，我们将深入研究： 狄拉克 (Dirac) 和外尔 (Weyl) 半金属：它们的分离和反演对称性破缺在驱动Weyl点产生中的作用。我们将着重分析其独特的 手性异常 及其在 磁电效应 中的体现。 表面态与体态的耦合：拓扑费米子在界面上的相互作用及其对输运的影响。 2. 拓扑超导与马约拉纳费米子 拓扑超导是实现容错量子计算的基石。本书将探讨如何通过 s-波超导体与拓扑材料的界面 诱导出现非阿贝尔任意子。详细分析 p-波超导体（如Sr₂RuO₄）的拓扑性质，并重点解析在 纳米线上 寻找 零能马约拉纳模 的实验签名（如零偏压电导峰）。我们将严格区分马约拉纳费米子与普通零能模，强调其非阿贝尔统计特性。 第四部分：非传统激发与动力学 理解物质对外部场或时间变化的响应，是凝聚态物理研究的另一重要维度。 1. 拓扑相变的非平衡动力学 传统的热力学在快速驱动系统时失效。本书将引入 非平衡态的量子场论方法，如 Keldysh 形式的路径积分，来描述拓扑相变过程中的动力学行为。重点关注 横场量子相变 (TFQC) 中关键物理量（如序参量）的演化速度和涌现出的宇宙学标度律。 2. 量子多体疤痕态（Quantum Many-Body Scars） 在某些具有特殊哈密顿量的系统中，激发态并非均匀分布，而是集中在少数几个“疤痕态”上。我们将探讨这些非热化现象的根源，通常与系统存在隐藏的 积分量 或 非局域对称性 有关。分析这些疤痕态对系统长期动力学行为的抑制作用。 3. 拓扑缺陷与畴壁动力学 在实际材料中，拓扑相变往往伴随着缺陷和畴壁的形成。本书将分析 畴壁的弛豫和运动，特别是当畴壁携带电荷或自旋时，如何影响材料的宏观电输运性质。利用 非线性薛定谔方程 和 孤子解 来描述这些拓扑缺陷的稳定性和演化规律。 结语 本书的结构旨在引导读者从基础的相互作用模型出发，逐步深入到前沿的拓扑物理和非平衡动力学领域。通过严谨的数学推导和对最新实验进展的讨论，我们期望激发读者对凝聚态物理中尚未解决的、极具挑战性的科学问题的兴趣。掌握这些理论工具和概念，将是未来探索新型量子器件和功能材料的坚实基础。

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