Electronic Phase Transitions (Modern Problems in Condensed Matter Sciences) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:North-Holland

作者:W. Hanke

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-09

价格:USD 250.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444888853

丛书系列:

图书标签:

• Condensed Matter Physics
• Phase Transitions
• Electronic Structure
• Many-Body Physics
• Quantum Materials
• Correlation Effects
• Theoretical Physics
• Solid State Physics
• Statistical Mechanics
• Modern Condensed Matter Physics

非经典电子相变现象的探索：量子物质在极端条件下的奇妙响应 在凝聚态物理的广阔领域中，材料的相变现象一直占据着核心地位。我们熟知的固液气三态变化，或是磁性材料中的铁磁与顺磁转变，都属于经典的相变范畴。然而，随着科学研究的深入，人们发现存在着一类更为复杂、更具挑战性的电子相变，它们往往发生在量子效应显著的材料体系中，并且对外部条件（如温度、压力、电场、磁场以及化学掺杂）极为敏感。这类相变突破了经典相变的理论框架，展现出迥异于宏观世界的奇特物理行为。本书旨在深入探讨这些非经典电子相变现象，聚焦于量子物质在极端条件下的响应机制，以及它们所蕴含的深刻物理原理。 为何关注非经典电子相变？ 传统的相变理论，例如朗道理论，在描述由序参量变化驱动的宏观态转变时表现出色。然而，当电子之间的强关联效应占据主导地位，或者量子退相干作用变得不容忽视时，经典理论便显得力不从心。在许多低维、强关联或具有特殊电子结构的材料中，电子的量子行为不再是简单的集体平均效应，而是直接决定了材料宏观性质的本质。 例如，在高温超导体、重费米子化合物、量子自旋液体以及拓扑材料等前沿研究领域，都普遍存在着非经典电子相变。这些相变往往伴随着电子能带结构的剧烈重构、电子动量分布的根本性改变，甚至会涌现出全新的量子序。理解这些相变，不仅能够揭示物质在微观层面的基本规律，更是推动新型功能材料设计和开发的关键。 聚焦的材料体系与物理现象： 本书将广泛涵盖一系列具有代表性的非经典电子相变材料体系，并深入剖析其背后的物理机制。 1. 强关联电子体系中的相变： Mott 绝缘体与金属-绝缘体转变（MIT）： 莫特绝缘体是由于电子间的库仑排斥作用而导致在半填充时出现绝缘态的材料。它们与传统的能带绝缘体有着本质区别。研究Mott绝缘体中的金属-绝缘体转变，例如在高压、化学掺杂或温度变化下，可以揭示电子强关联效应在相变中的核心作用。我们将探讨范霍夫（van Hove）奇点、Stripe 相、电荷密度波（CDW）以及自旋密度波（SDW）等在MIT过程中扮演的角色。 Hubbard 模型及其拓展： Hubbard 模型是描述强关联电子体系最基本的模型之一。我们将从理论层面深入探讨Hubbard模型在不同维度、不同参数下的相图，特别是其可能出现的超导、反铁磁、CDW、SDW以及无序等相。DMRG、Quantum Monte Carlo、DMFT等数值计算方法在揭示Hubbard模型复杂相图中的贡献也将是重点。 重费米子化合物： 这类材料中，局域磁矩（通常来自f电子或d电子）与传导电子发生强烈的相互作用，在低温下可以形成重费米子液态，展现出极大的有效电子质量。重费米子化合物的相图极其复杂，经常出现反铁磁、超导、Kondo 绝缘体等多种量子相变。例如，Ce、Yb、U基的重费米子化合物，其 Kondo 效应、RKKY 相互作用以及量子临界点附近的奇异行为将是本书的重点。 2. 二维材料与低维电子体系的相变： 石墨烯及其衍生物： 石墨烯是一种零带隙半金属，但通过掺杂、双层堆叠或引入周期性势场，可以诱导出带隙，并展现出丰富的电子相变。例如，双层石墨烯在强电场作用下出现的半导体-绝缘体转变，或是在特定掺杂下出现的CDW相，都属于非经典范畴。 过渡金属二硫属化物（TMDs）： MoS₂、WSe₂ 等TMDs材料具有层状结构，其电子性质可以通过层数、缺陷、应变以及电场调控。在二维TMDs中，激子、激子绝缘体、以及与光子耦合形成的激子-极化激子（polaritons）的相变现象，为理解低维量子光学和凝聚态物理提供了新的平台。 有机导体与低维量子液体： 一些有机分子材料，由于其独特的电子结构和分子排列，可以形成一维链或二维层状结构，展现出强关联效应和复杂的相变行为，如Kondo-like 效应、Spin-Peierls 相变等。 3. 拓扑相变与新奇量子物态： 拓扑绝缘体与半金属： 拓扑材料具有受拓扑保护的表面或体态态，其电子性质对微扰不敏感。然而，通过引入磁性、强关联效应或改变晶格结构，拓扑材料可以发生拓扑相变，从而进入不同的拓扑相或转化为普通相。例如，磁性拓扑绝缘体中的量子霍尔效应，或拓扑半金属中的费米弧（Fermi arc）的演化。 量子自旋霍尔效应（QSHE）与拓扑超导： QSHE材料在边缘存在受拓扑保护的导电通道，但其体态为绝缘。研究其在温度、磁场等因素下的相变，以及与超导配对的相互作用，可以探索拓扑超导等新奇物态。 分数量子霍尔效应（FQHE）： FQHE是一种与电子强关联和拓扑序密切相关的量子现象，其涌现的准粒子带有分数电荷和分数统计。虽然FQHE在磁场下出现，但其背后涌现出的非阿贝尔统计等特性，为研究拓扑量子计算提供了理论基础。 4. 相变动力学与量子临界性： 量子临界点（QCP）： 当材料在绝对零度附近发生相变时，量子涨落成为驱动相变的根本动力，此时的相变点称为量子临界点。在QCP附近，常会涌现出各种奇特的金属行为，如 the strange metal phase。研究QCP附近的量子涨落、标度律以及其在高温超导等现象中的作用，是本书的重要议题。 跨越相变的动力学过程： 除了平衡态的相变，研究材料在快速跨越相变点时的动力学演化也极具意义。例如，诱导相分离、畴壁动力学、以及在非平衡条件下的量子相变过程。 研究方法与理论工具： 为了深入理解这些复杂的非经典电子相变，本书将整合多种理论和实验研究方法： 理论方法： 密度泛函理论（DFT）及其拓展（如混合泛函）、动态平均场理论（DMFT）、数值重正化群（NRG）、量子蒙特卡洛模拟（QMC）、精确对角化、场论方法（如重正化群）、微扰理论等。 实验技术： 输运测量（电阻率、霍尔效应）、磁化率测量、比热测量、光电子谱学（ARPES、XPS）、中子散射、X射线衍射、扫描隧道显微镜（STM）、核磁共振（NMR）、量子振动样品磁力计（VSM）等。 本书的价值与展望： 本书不仅为凝聚态物理研究者提供了对非经典电子相变领域前沿知识的系统梳理，也为相关领域的工程师和材料科学家提供了理解和设计新型量子材料的理论基础。通过对这些复杂量子现象的深入剖析，我们有望： 揭示物质世界的基本规律： 深入理解电子之间的量子纠缠、关联以及拓扑保护机制。 推动新型功能材料的发展： 为设计具有超导、巨磁阻、拓扑保护等特性的新型电子器件提供理论指导。 探索未来科技的可能性： 为量子计算、量子通信等前沿科技的发展奠定基础。 非经典电子相变是一个充满挑战且成果丰硕的研究领域。本书旨在通过严谨的分析和深入的探讨，带领读者一同探索量子物质在极端条件下的奇妙响应，揭示隐藏在复杂行为背后的深刻物理原理，并展望这一领域未来的发展方向。

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