Quantum Coherence in Solid State Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:IOS Press,US

作者:Deveaud-pledran, B. (EDT)/ Quattropani, A. (EDT)/ Schwendimann, P. (EDT)

出品人:

页数:550

译者:

出版时间:2009-09

价格:2399.00 元

装帧:Hardcover

isbn号码:9781607500391

丛书系列:

图书标签:

• 量子相干性
• 固态系统
• 量子物理
• 凝聚态物理
• 量子信息
• 自旋物理
• 超导
• 拓扑物态
• 量子器件
• 材料科学

固体系统中的量子相干性：本书概述 本书主题： 深入探讨固体材料中量子相干性的物理学原理、实验观测及其在先进技术中的应用潜力。 目标读者： 本书面向对凝聚态物理学、量子信息科学有浓厚兴趣的研究生、博士后研究人员以及致力于固态量子器件开发的工程师和科学家。具备扎实的量子力学基础和固体物理学知识的读者将能最大程度地获益。 --- 第一部分：量子相干性的基本理论与微观描述 本书开篇构建了理解固体系统中量子现象的理论框架。我们首先回顾非相对论量子力学中对相干性的定义，特别是波函数叠加原理在描述多粒子系统中的意义。 第一章：量子相干性的概念重述与物理图像 本章详细阐述了量子相干性在物理学中的核心地位，区分了宏观相干性（如激光）与微观相干性（如电子波函数在晶格中的传播）。我们着重讨论了相干时间 ($ au_c$) 和相干长度 ($l_c$) 这两个关键参数的物理意义及其量纲分析。内容涵盖了密度矩阵形式下的相干性判据——非对角元（Off-diagonal elements）的演化，以及退相干（Decoherence）过程的初步引入。 第二章：固态环境下的相互作用 固体环境的复杂性是研究量子相干性的主要挑战。本章聚焦于电子（或准粒子，如激子、极化激元）与晶格振动（声子）、缺陷、杂质以及电子-电子相互作用之间的耦合机制。 电子-声子耦合： 详细分析了德拜模型和强耦合极限下的相互作用哈密顿量。重点讨论了声子散射导致的相干性损失，包括弹性散射和非弹性散射的贡献。 杂质与缺陷散射： 考察了由于晶格不完美性引起的势能波动，如何通过洛伦兹散射或费米黄金定则来调制相干寿命。 多体效应的初步探讨： 简要介绍了在强关联体系中，电子之间的库仑相互作用如何修改有效相干时间的概念，为后续的强关联系统分析做铺垫。 第三章：量子输运与相干性 量子相干性在描述电荷或能量在固体中的传输时至关重要。本章将量子输运理论与相干性概念相结合。 玻恩近似与玻尔兹曼输运方程的局限性： 阐述了经典和半经典输运模型为何无法描述弱局域化（Weak Localization）等量子干涉效应。 相干电子传输模型： 深入探讨了干涉项在电导率中的贡献，特别是弹性散射路径中因时间反演对称性导致的负磁阻效应（Weak Anti-localization的引入也作为对比）。 久期时间与相干性： 讨论了久期时间（Transit Time）与相干时间的关联，解释了在纳米尺度器件中，相干性如何决定器件的开/关比和速度限制。 --- 第二部分：特定固体系统中的相干现象 本书的第二部分将理论应用于几种具有代表性的固体材料体系，展示了相干性在不同物理背景下的具体表现。 第四章：半导体异质结与二维材料 在低维结构中，量子限制效应显著增强了相干现象的可观测性。 量子阱与量子点： 分析了尺寸量子化如何影响电子态的简并性和隧穿势垒处的相干耦合。重点讨论了在量子点中实现长寿命的光学相干性（如激子相干性）的条件。 石墨烯与过渡金属硫族化合物 (TMDs)： 聚焦于这些二维材料的独特电子结构（如狄拉克锥或强自旋轨道耦合），以及这些特性如何影响电子和自旋的相干行为。讨论了“山地效应”在维持高电子相干性方面的作用。 第五章：超导材料与相干性 超导态本质上是一种宏观量子相干态。本章探讨了电子对（库珀对）的相干性及其在非传统超导体中的体现。 BCS理论与相干长度： 回顾了超导序参量 $Delta$ 与相干长度 $xi$ 的关系，解释了 $xi$ 如何定义了材料中宏观相干性的空间范围。 非传统超导体中的相干性问题： 讨论了高温超导体中，由于电子配对机制复杂和存在短程关联，导致相干长度远小于传统BCS材料的现象，并探讨了这与$d$-波对称性的联系。 Josephson结与相干隧道： 分析了Josephson效应的本质——两个超导体的费米面之间的相位差，这是宏观尺度上量子相干性的直接体现。 第六章：磁性系统与自旋相干性 磁性材料中，电子的自旋自由度提供了另一重要的相干载体。 磁振子（Magnons）的相干性： 探讨了在反铁磁体和铁磁体中，激发态——磁振子——如何表现出长程相干性。通过微扰理论分析了磁振子与电子/声子的耦合对自旋波谱的影响。 自旋弛豫与相干时间： 详细研究了自旋在固体中如何弛豫（如通过超精细相互作用或轨道耦合），以及如何通过电子自旋共振（ESR）技术测量自旋相干时间 $T_2$。 --- 第三部分：实验表征技术与前沿应用 本书最后一部分聚焦于如何实验性地探测和利用固体系统中的量子相干性，并展望其在下一代技术中的潜力。 第七章：相干性测量的关键光谱技术 精确测量相干时间是理解和优化量子器件的基础。本章系统介绍了用于探测相干性的先进实验方法。 瞬态吸收光谱 (TAS) 与时间分辨光电子能谱 (TR-ARPES)： 解释了如何利用飞秒激光脉冲激发系统，并通过测量其随时间演化的动力学来反演相干寿命。重点讨论了对自由载流子相干性的提取方法。 超快电子衍射与散射技术： 介绍如何利用电子束的波粒二象性，直接观测晶格振动与电子波包的耦合动力学，从而解析相干性退化的微观机制。 核磁共振 (NMR) 与光学拉曼散射： 在特定体系中，这些技术提供了探测核自旋或声子相干性的独特窗口。 第八章：固体中的量子信息存储与操控 相干性是实现可靠量子计算和存储的前提。本章探讨了如何选择和设计具有长相干时间的固态量子比特。 色心与单光子源： 深入分析了金刚石中的氮-空位（NV）色心、硅空位（SiV）等在半导体基质中实现长寿命电子自旋相干性的物理基础（例如，通过屏蔽核自旋环境）。讨论了如何利用这些中心发射高质量的单光子，以及光子与固体比特之间的相干接口。 拓扑量子比特的相干性挑战： 简要讨论了在分数霍尔效应边缘态或 Majorana 费米子中，如何利用拓扑保护机制来天然地抵抗局部退相干的威胁。 第九章：结论与展望：迈向室温相干控制 本章总结了固体系统中相干性研究的主要进展，并指出了当前面临的根本性难题和未来的研究方向。重点讨论了以下前沿课题： 如何通过人工设计材料结构（如超晶格或晶体生长优化）来最小化环境噪声耦合。 新型量子材料，如拓扑绝缘体或拓扑超导体，如何提供内在的相干保护机制。 实现从微秒到毫秒量级的电子或自旋相干时间在室温下的稳定可重复的演示。 本书力求提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，引导读者理解和驾驭固体系统这一复杂而迷人的量子现象的中心——相干性。

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坦白说，当我在书架上看到《Quantum Coherence in Solid State Systems》时，我并没有立刻把它和我日常的阅读习惯联系起来。我通常更偏爱那些情节跌宕起伏的小说，或者引人深思的哲学著作。然而，这次我被这个书名所吸引，因为它暗示着一种我从未深入探索过的领域——一个将物理学最精妙的理论与我们日常生活中最普遍的物质形态相结合的领域。我很好奇，作者是如何将“量子相干性”这样一个听起来相当抽象的概念，与“固态系统”这样具体、可见的物体联系起来的。这本书是否能够通过生动形象的比喻，或者精心设计的实验案例，来解释量子相干性在诸如超导体、半导体或者磁性材料中的具体表现？我希望它能像一位经验丰富的向导，带领我穿越复杂的数学公式和理论模型，直观地理解量子相干性如何在材料的微观结构中孕育，又是如何影响宏观的物理性质的。我对书中可能包含的那些关于量子纠缠、叠加态如何在固态系统中存在的解释尤为期待，希望能以此打破我对经典物理的固有认知，感受量子世界的奇妙之处。

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这本书的书名《Quantum Coherence in Solid State Systems》本身就勾起了我极大的好奇心。我一直对宏观世界中的量子现象着迷，而固态系统作为我们最熟悉的物质形态，却蕴藏着如此深邃的量子奥秘，这实在令人难以置信。想象一下，在构成我们身边一切事物的材料内部，那些构成原子的电子和原子核，它们竟然能以一种超越经典物理学理解的方式，协同运作，形成一种“相干”的状态，这简直就是科幻小说般的场景。我期待这本书能够以一种清晰、引人入胜的方式，为我揭示固态系统中量子相干性的物理原理。我希望它能让我理解，究竟是什么样的条件，才能让如此微观的量子效应在宏观的材料中得以体现，甚至被我们所操控。书中是否会涉及量子计算、量子传感等前沿应用，也是我非常感兴趣的一点。毕竟，理解基础原理的最终目的，是为了更好地利用它来改造世界。我渴望在这本书中找到答案，将抽象的量子概念与我们触手可及的物质世界联系起来，体验一次智识上的震撼之旅。

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作为一名对物理学抱有浓厚兴趣的非专业人士，《Quantum Coherence in Solid State Systems》这个书名，让我脑海中立刻浮现出一些科学纪录片中的画面——那些闪烁着奇特光芒的材料，以及科学家们在实验室里小心翼翼操作的场景。我对“量子相干性”这个词感到既好奇又有些畏惧，因为它听起来像是属于那些高深的理论物理学家的领域。然而，我更希望这本书能够以一种更加平易近人的方式来解读这个概念，让像我这样的读者也能从中受益。我期待书中能够用通俗易懂的语言，解释量子相干性究竟是什么，它与我们熟悉的经典现象有何本质区别。同时，我也非常好奇，在固态系统中，量子相干性是如何被维持的？是什么因素会破坏它？书中是否会讨论一些实际的例子，比如激光的工作原理，或者一些新型材料的奇特性质，是如何与量子相干性息息相关的？我希望这本书能够像一位耐心的老师，引导我一步步走近量子世界的奥秘，并让我明白，即便是最基础的物质，也蕴含着如此令人惊叹的量子规律。

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《Quantum Coherence in Solid State Systems》这个书名，一下就激发了我对物理学领域某个特定方向的浓厚兴趣。我一直认为，理解微观世界的量子规律，是深入认识和改造宏观世界的基础。而“量子相干性”，这个词本身就带着一种神秘而强大的力量感，似乎预示着某种超越日常经验的奇妙现象。当我把它和“固态系统”联系起来的时候，我的好奇心更是达到了顶点。我非常想知道，在那些构成我们身边世界的固体材料中，究竟是如何实现和维持量子相干性的？这本书是否能够以一种清晰且具有启发性的方式，为我阐释量子相干性的物理机制？我期待它能够带领我深入到固态材料的微观层面，去理解电子、原子核等微观粒子的量子行为，以及它们是如何协同作用，形成一种非同寻常的“相干”状态。我希望这本书能够让我明白，量子相干性是如何影响甚至决定了诸如超导、磁性、光电转换等一系列重要的固态物理现象的，并且能够从中获得对未来科技发展的深刻洞察。

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翻开《Quantum Coherence in Solid State Systems》这本书，我首先被它那充满科学严谨感的书名所吸引。我一直对那些能够解释世界万物底层运行规律的学科感到着迷，而量子物理无疑是其中最令人神往的部分之一。将量子相干性这个概念置于“固态系统”的语境下，更是让我觉得充满了探索的价值。在我看来，固态系统是我们日常生活中最直接、最普遍的物质形态，而量子相干性则代表着量子世界中最奇妙、最反直觉的现象之一。我非常好奇，这本书是如何将这两者巧妙地联系在一起的。它是否会深入探讨，在诸如晶体、金属等固态材料内部，原子和电子是如何以一种超越经典力学的方式进行相互作用，从而产生量子相干性的？我期待书中能够清晰地阐述量子相干性在固态系统中的具体表现形式，以及它对材料宏观性质产生的深远影响。我希望通过阅读这本书，能够窥见量子世界在宏观物质层面的优雅展现，理解那些隐藏在看似平凡材料背后的非凡物理原理。

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