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出版者:Academic Pr

作者:Schatten, Gerald P. (EDT)

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:

价格:149.95

装帧:HRD

isbn号码:9780121531737

丛书系列:

图书标签:

• Developmental Biology
• Embryology
• Molecular Biology
• Genetics
• Cell Biology
• Animal Development
• Model Organisms
• Signaling Pathways
• Evolutionary Developmental Biology
• Stem Cells

进阶应用物理学前沿：跨学科研究的挑战与机遇 图书简介 本卷聚焦于二十一世纪以来，应用物理学领域内最具突破性和跨学科性的研究课题。随着纳米技术、量子信息科学以及材料科学的飞速发展，传统物理学的边界正被不断拓宽，催生出一系列令人振奋的新兴交叉学科领域。本书旨在为高年级本科生、研究生以及活跃在科研一线的物理学家、工程师和材料科学家提供一份深入且前瞻性的参考资料，全面梳理当前应用物理学面临的核心挑战、革命性进展以及未来的研究方向。 本书内容涵盖了从基础理论构建到实际工程应用的多个层面，重点关注那些需要物理学、化学、计算机科学乃至生物学深度融合才能取得突破的关键领域。我们力求通过严谨的数学推导和详实的案例分析，揭示这些前沿课题背后的物理机制，并探讨如何利用先进的实验技术（如高分辨率电子显微镜、同步辐射源和超快激光系统）来验证和拓展理论模型。 --- 第一部分：纳米尺度下的量子操控与新颖物质态 第一章：二维材料的能带工程与范德华异质结 本章深入探讨了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维（2D）材料的独特物理性质。重点分析了如何通过原子级尺度的精确堆叠，构建具有定制化电子结构的范德华（van der Waals）异质结。内容涵盖了： 狄拉克锥的调控： 讨论了外部电场、应变工程以及掺杂对石墨烯狄拉克点位置和费米面附近的电子行为的精细控制。 激子物理学： 阐述了在极薄层中，电子-空穴束缚态（激子）的形成、长寿命特性及其在光电器件中的应用潜力。特别是，我们将分析具有反直观的空间分离特性的间层激子（Interlayer Excitons）的动力学行为。 拓扑边界态： 探讨了如何利用二维材料构建具有内在拓扑性质的系统，以及这些拓扑态在无耗散输运中的潜力，包括手性磁子和边界态的观测。 第二章：强关联电子系统中的非常规超导与量子相变 本章将视角转向那些电子间相互作用（库仑排斥）强度不可忽略的材料系统。强关联效应往往是导致材料展现出新奇电子态（如高温超导、莫特绝缘体和奇异金属）的根本原因。 铁基和铜基超导体的微观理论： 详细介绍当前主流的配对机制模型，包括自旋涨落、轨道极化以及轨道自由度在配对中的作用。比较了不同超导体中赝能隙（Pseudogap）区域的物理图像。 量子临界性与费米面重构： 分析了在零温极限下，由量子涨落驱动的相变（量子临界点）如何影响材料的宏观性质，特别是对电荷输运和磁性的长期影响。 拓扑超导与Majorana费米子： 探讨了如何通过将拓扑绝缘体与传统超导体耦合，诱导出具有非阿贝尔统计特性的准粒子——Majorana零模，及其在容错量子计算中的应用前景。 --- 第二部分：光与物质的强耦合与非平衡态动力学 第三章：腔量子电动力学（Cavity QED）与介质中的光场重塑 本章关注光子与原子、分子或固态激发态（如激子、极化激元）之间相互作用的精细控制。通过将物质置于高品质因数的微纳光学腔体内，可以极大地增强或减弱光与物质的耦合强度，实现对激发态寿命和能量转移路径的定制化调控。 真空场工程与有效哈密顿量： 介绍如何通过腔场重整化（Lamb Shift的腔增强效应）来修改物质的能级结构，并导出描述强耦合/超强耦合区域的有效模型（如Jaynes-Cummings模型及其扩展）。 基于极化激元的光学非线性： 探讨在强耦合条件下，由光子和晶格激子形成的准粒子——极化激元（Polaritons）如何表现出远超传统半导体的非线性光学效应，以及它们在低能耗逻辑器件中的潜力。 室温玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）： 分析了如何通过强光场耦合，在半导体或有机分子体系中实现玻色子凝聚现象，并研究这种凝聚态的输运特性。 第四章：超快激光驱动下的物质态操控 本章聚焦于利用飞秒甚至阿秒量级的激光脉冲，瞬时激发和调控物质的电子结构，探索物质在极短时间尺度上的非热平衡动力学。 高次谐波产生（HHG）与阿秒脉冲： 详细解释高次谐波的产生机制，即电子在强激光场作用下被电离、加速并返回离子实撞击产生高次谐波的过程，并讨论如何利用这些阿秒脉冲来“拍摄”电子的运动轨迹。 光诱导超导与非热相变： 研究超强激光脉冲注入能量后，材料内部如何快速产生或消失某些长程有序态（如超导电性或磁序）。讨论热化时间尺度、能量的跨尺度分配过程以及相变的动力学路径。 拓扑物质的光致泵浦效应： 阐述如何利用周期性的光脉冲激发，暂时性地改变材料的拓扑属性，实现“时间晶体”或瞬态拓扑绝缘态的构建。 --- 第三部分：跨界应用：从生物传感到能源转换 第五章：生物物理界面：等离激元传感与单分子成像 本部分将前沿物理原理应用于生命科学领域，重点关注纳米光子学在生物识别和成像中的应用。 表面等离激元共振（SPR）的增强机制： 深入分析金属纳米结构（如纳米棒、纳米天线）与生物分子相互作用时，局部表面等离激元（LSPR）的场增强效应，及其在高灵敏度生物传感器中的应用。 拉曼散射增强（SERS）的理论基础： 探讨电磁场增强与化学增强机制在SERS效应中的相对贡献，并讨论如何通过优化纳米结构的热点分布来提高检测限。 单颗粒跟踪与活细胞成像： 介绍利用基于量子点或金纳米颗粒的荧光探针，结合先进的光学显微技术，实现对细胞内特定分子运动轨迹的实时监测。 第六章：先进能源转换：光伏器件与催化中的界面物理 本章探讨应用物理学如何解决全球能源挑战，特别是聚焦于光电转换效率的提升和新型催化剂的设计。 钙钛矿太阳能电池的缺陷物理与界面钝化： 分析当前钙钛矿材料中存在的本征缺陷（如碘空位）如何导致载流子复合和器件稳定性下降。重点介绍界面工程（如有机分子钝化层）对提高长期稳定性和效率的物理机制。 光催化水分解中的电荷分离： 讨论半导体光催化剂在光照下，如何有效分离电子-空穴对，并将激发能量传递给水分子。分析光吸收、载流子扩散距离以及电极/催化剂界面的能带匹配在限制效率中的关键作用。 热电材料的能带调控： 阐述如何通过引入点缺陷、晶界或实现能带简并，以提高热电优值（ZT），即在保持高塞贝克系数的同时，优化电子迁移率并降低晶格热导率的综合策略。 --- 本书的结构设计旨在引导读者建立起一个从基础量子力学、电动力学到凝聚态物理的完整知识体系，最终能够有能力独立思考并解决当前应用物理学中最前沿、最复杂的跨学科问题。书中每章末均附有精选的参考文献和具有挑战性的延伸阅读问题，以促进读者的深入理解和创新思维。

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