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出版者:Oxford University Press, USA

作者:B. Henderson

出品人:

頁數:672

译者:

出版時間:2006-7-20

價格:USD 110.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780199298624

叢書系列:

圖書標籤:

光學光譜學
無機固體
光譜分析
材料科學
固體物理
光學性質
晶體結構
電子結構
能帶理論
激發態光譜學

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具體描述

The beautiful colours of many inorganic compounds, including minerals and gemstones, as well as the mysterious cold light of luminescence emitted by these materials, have attracted the inquisitiveness of natural philosophers for centuries. The scientific study of such phenomena - the optical spectroscopy of solids - has paid rich dividends in technological advances such as lasers and other optronic devices. This is a book on the art of optical spectroscopy of solids, establishing a theoretical and experimental framework for the subject, which is well illustrated with relevant spectra and experimental data. Chapters 1 to 5 set down the quantum description of atoms, ions and defects in solids, and the interaction of such centres with electromagnetic radiation. Considerations of symmetry and the effects of lattice vibrations on the spectroscopic properties are treated in detail . The physical bases of prominent experimental techniques are presented in Chapter 6 and their application to colour centres, dopant rare-earth and transition-metal ions are described in Chapters 7 -9.The spectroscopic behaviours of magnetic ions at high concentration are detailed in Chapter 10, followed by a brief review of the operational features of solid state lasers that rely on the foregoing discussion of their optical characteristics. Finally, Chapter 12 describes the application of magneto-optical double resonance techniques to the elucidation of the optical properties of insulating and semi-conducting materials. The authors emphasize that their own interests have guided the selection of topics from the panoply of available choices. They have written the book with senior undergraduates and postgraduates in mind: it is expected also to be useful to seasoned investigators from solid state physics and engineering from inorganic chemistry, and from materials and geological sciences.

固體無機材料光譜學研究新進展本書概述本書聚焦於現代無機固體材料的拉曼散射光譜、紅外吸收光譜以及熒光光譜等前沿研究技術及其在材料科學中的應用。本書並非專注於傳統的光學性質描述，而是深入探討瞭如何利用這些光譜技術作為強大的工具，揭示復雜無機晶體、納米結構以及功能性薄膜的微觀結構、電子態、聲子行為以及激發態動力學。第一部分：基礎理論與技術深度剖析本書的第一部分為讀者奠定瞭堅實的理論基礎，詳細解析瞭驅動這些光譜現象的物理機製。第一章：拉曼散射理論與晶格動力學本章全麵梳理瞭拉曼散射的量子力學起源，重點闡述瞭群論在確定晶體光學活性振動模式中的應用。詳細分析瞭一階、二階及高階拉曼散射的産生機理。特彆關注瞭費米共振、非簡諧效應對拉曼峰形和頻率的顯著影響。在技術層麵，本章深入討論瞭共聚焦拉曼顯微技術、偏振拉曼測量在高空間分辨率形貌分析和應力/應變場映射中的應用。引入瞭錶麵增強拉曼散射（SERS）的理論模型，特彆是對於低維無機材料錶麵的增強機理的討論。第二章：紅外吸收與分子振動本章聚焦於紅外（IR）光譜，闡釋瞭偶極矩變化與電磁波相互作用的基本原理。詳細分類和討論瞭晶格振動模式（如TO/LO聲子分裂）在不同晶係中的特徵錶現。章節重點剖析瞭傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）在定量分析和環境氣氛控製下的樣品製備要求。此外，深入探討瞭虛態聲子、缺陷誘導的吸收以及不同晶體取嚮對吸收譜的各嚮異性影響。對於多孔或高錶麵積的無機材料（如MOFs或沸石），本書詳細講解瞭吸附水分子或客體分子對骨架振動模式的耦閤效應。第三章：固態發光與激發態弛豫本部分深入探討瞭無機固體材料的發光特性，包括光緻發光（PL）和電緻發光的機理。重點分析瞭寬禁帶半導體、稀土摻雜氧化物以及量子點的發光中心性質。詳細區分瞭局域激子、自由激子與缺陷態激子的輻射復閤途徑。章節內容涵蓋瞭激發態壽命測量技術，如時間分辨熒光（TRPL），用於解析載流子在晶格缺陷、界麵或錶麵上的捕獲和復閤動力學。對斯托剋斯位移、激發態能量轉移（FRET/非輻射轉移）在復雜多組分無機體係中的建模進行瞭詳盡的討論。第二部分：前沿材料體係的光譜學錶徵本書的後半部分將理論與實踐緊密結閤，通過一係列前沿的無機材料實例，展示先進光譜技術如何解決實際研究中的關鍵問題。第四章：二維材料與界麵物理本章專門針對過渡金屬硫化物（TMDs）和二維層狀材料（如h-BN、石墨烯衍生物）的光譜響應進行瞭深入分析。討論瞭層數依賴性對拉曼“倍頻峰”和PL發射波長（量子限域效應）的精確影響。重點研究瞭機械應力、電場調控對這些材料光學特性的動態響應。特彆關注瞭異質結界麵處存在的電荷轉移和應力梯度如何通過特定光譜峰的紅移或藍移被精確地捕獲和量化。第五章：鈣鈦礦與氧化物薄膜的缺陷工程針對當前熱門的無機-有機雜化鈣鈦礦和功能性氧化物薄膜（如鐵電體、壓電體），本章探討瞭光譜技術在缺陷工程中的核心作用。詳細解釋瞭如何利用低頻拉曼模式來判斷薄膜的結晶度、相變溫度和孿晶疇結構。對於氧化物半導體，分析瞭氧空位和金屬間隙雜質如何通過可見光光緻發光和紅外吸收中的特定“尾”或“峰”被識彆。本章提供瞭實例，展示瞭如何通過原位光譜監測，優化脈衝激光沉積（PLD）或原子層沉積（ALD）過程中薄膜生長的實時動力學。第六章：高壓與極端條件下的固態光譜本章探討瞭在極端物理條件下（高壓、高溫、強磁場）對無機晶體進行光譜探測的技術挑戰與機遇。詳細介紹瞭金剛石對頂砧（DAC）技術結閤拉曼和熒光光譜的實驗設置。重點分析瞭高壓下晶體結構相變導緻的光譜學特徵變化，如對稱性降低引起的拉曼峰分裂或紅移，以及電子結構變化導緻的熒光猝滅或帶隙重構。這部分內容為理解物質在行星內部等極端環境下的行為提供瞭關鍵的光譜學證據。第七章：光譜數據的處理、建模與高級解析本書的終章側重於從復雜光譜數據中提取物理信息的方法論。討論瞭譜峰擬閤（如Voigt、Lorentzian/Gaussian模型）的適用性與局限性。詳細介紹瞭主成分分析（PCA）和非綫性迭代最小二乘法在處理高維光譜數據（如光譜成像）中的應用。此外，本章還涵蓋瞭如何利用密度泛函理論（DFT）計算預測和解釋特定的拉曼活性模式或電子躍遷能量，從而建立從微觀理論到宏觀光譜的可靠橋梁。目標讀者本書麵嚮材料科學、凝聚態物理、化學物理以及固體電子學領域的研究生、博士後以及緻力於利用先進光譜學工具解決復雜無機材料問題的科研人員。它要求讀者具備基礎的固體物理和量子力學知識，但內容組織詳實，旨在成為一本從理論深度到應用廣度兼備的參考手冊。