Laser Cooling and Trapping (Graduate Texts in Contemporary Physics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Harold J. Metcalf

出品人:

页数:339

译者:

出版时间:1999-09-29

价格:USD 59.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780387987286

丛书系列:

图书标签:

• Laser cooling
• Atomic physics
• Trapping
• Quantum optics
• Spectroscopy
• Physics
• Graduate level
• Optics
• Cold atoms
• Precision measurement

深入探索凝聚态物理前沿：量子材料与拓扑现象 本书简介 本书旨在为高年级本科生、研究生以及研究人员提供一个关于现代凝聚态物理领域中两个前沿方向——量子材料设计与拓扑物理——的全面而深入的概述。本书聚焦于理论框架的构建、实验观测的最新进展，以及这些新兴领域在信息技术和基础物理研究中的潜在应用。我们将避免对传统固体物理基础的赘述，而是直接切入当前物理学界最活跃的讨论焦点。 第一部分：量子材料的理性设计与新颖性质 本部分致力于探讨如何通过精细的材料工程来调控物质的电子结构，从而涌现出超越传统能带理论描述的奇异量子态。 第一章：关联电子系统的挑战与机遇 量子材料的核心魅力在于电子之间的强相互作用（关联效应）。本章首先回顾了传统平均场理论（如朗道费米液体理论）在描述强关联体系时的局限性。随后，我们将深入探讨描述强关联系统的关键工具，包括DMFT（Dynamical Mean-Field Theory，动力学平均场理论）及其扩展在处理局域电子相关性方面的优势。 重点关注的材料类别包括： 过渡金属氧化物（TMOs）：详细分析范德华异质结构中由电荷序、自旋序和轨道自由度竞争引发的复杂相图，例如尖晶石和钙钛矿结构中的莫特绝缘体转变。 有机电子材料：探讨分子晶体中轨道杂化和晶格形变对手性自旋态和新型超导性的影响。 第二章：低维与受限系统中的拓扑序 电子在低维结构（如二维材料或纳米线）中表现出的量子行为，是理解新物理现象的绝佳平台。本章聚焦于如何利用几何约束和周期性调制来诱导拓扑特性。 人工晶格与能带拓扑：介绍通过光晶格（Optical Lattices）或周期性势场构建的模拟拓扑绝缘体，重点讨论布洛赫能带的拓扑不变量（如陈数和狄拉克点指数）的物理意义。 拓扑表面/边缘态：详细解析量子霍尔效应（QHE）和量子自旋霍尔效应（QSHE）的微观起源，并阐释其在边缘态中的体现。通过对Kane-Mele模型和Bernevig-Hughes-Zhang (BHZ)模型的分析，展示如何从原子级别理解拓扑边界态的零能量特性。 第三章：超导性的新范式 超导性是凝聚态物理的圣杯之一。本章将超越传统的BCS理论框架，探讨非常规超导体的微观机理。 铁基和铜氧化物超导电性：分析这些材料中由嵌套的费米面、旋波涨落（Spin Fluctuations）或电荷密度波（CDW）竞争所诱发的配对机制。侧重于自旋涨落介导的配对对称性，如$d$-波或$s^{pm}$-波。 拓扑超导与马约拉纳费米子：介绍s-波/p-波超导体的拓扑分类，并详述如何通过半导体纳米线与超导体的异质结来激发零偏压电导峰，作为马约拉纳零能模（MZMs）存在的关键实验证据。 --- 第二部分：拓扑物理与前沿应用 本部分将视角从材料内部的电子行为转移到系统整体的拓扑不变量如何定义其宏观响应，并探讨其实际应用前景。 第四章：拓扑绝缘体与狄拉克/外尔半金属 拓扑绝缘体（TIs）的表面态不依赖于具体的晶体结构细节，而是由体态的拓扑性质所保护，这是本领域的核心概念。 时间反演对称保护的拓扑绝缘体：深入剖析Bi$_2$Se$_3$等三维TIs的狄拉克锥结构，阐释其表面态的螺旋（Helical）特性及其对磁场的抗散射能力。 外尔（Weyl）和狄拉克（Dirac）半金属：区分这两种无能隙的拓扑半金属。重点讨论外尔点（Weyl points）的拓扑荷以及它们如何导致独特的纵向磁电效应（Anomalous Hall Effect）和束缚态（Fermi Arcs）的形成。 第五章：拓扑材料的输运现象 本章关注拓扑特性如何在实际的输运测量中显现，这是连接理论与实验的关键环节。 量子反常霍尔效应（QAHE）：详述如何通过引入磁性掺杂（如Cr掺杂的（Bi,Sb）$_2$Te$_3$）来打破时间反演对称性，从而在零磁场下观察到整数量子霍尔效应，并探讨其在低能耗电子器件中的潜力。 拓扑费米子与电荷泵浦：分析在时间周期驱动或空间梯度下，拓扑系统如何实现非局域的电荷或能量传输，包括Floquet拓扑绝缘体中的动态拓扑转变。 第六章：拓扑信息存储与量子计算的潜力 拓扑保护的特性意味着信息不易受局部涨落的破坏，这为构建容错量子器件提供了物理基础。 拓扑量子比特：讨论如何利用马约拉纳费米子作为非阿贝尔任一子（Non-Abelian Anyons）的载体。重点分析任意子编织（Anyon Braiding）的操作过程，这是实现拓扑量子计算的核心逻辑门。 斯皮诺电子学（Spintronics）的未来：探讨如何利用自旋-轨道耦合（SOC）和拓扑材料中的强自旋-动量锁定效应，设计高效率的自旋电流生成和检测器件，例如自旋霍尔磁阻（SMR）和扭曲霍尔效应（TCE）。 读者对象与目标 本书假设读者已具备扎实的量子力学、固体物理和统计力学基础。内容深度适合博士研究生入学后的专业选修课程或高年级本科生的进阶研讨班。通过精炼的数学推导和对关键实验结果的严格对比分析，本书旨在使读者不仅能够理解当前拓扑和关联物理研究的前沿问题，还能独立设计和评估相关的理论模型与实验方案。

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