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出版者:Thomson Science and Professional

作者:G. W. Gray

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1984-07-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780249441680

丛书系列:

图书标签:

• 液晶
• 层状液晶
• スメクチック液晶
• 液晶物理
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 自组装
• 相变
• 分子结构
• 液晶显示

拓扑凝聚态物理学：从二维材料到高维系统 本书简介 本书系统深入地探讨了拓扑凝聚态物理学的核心概念、前沿进展及其在凝聚态物质系统中的广泛应用。内容涵盖了从基础理论框架的建立到前沿实验观测的完整图景，旨在为物理学、材料科学及相关工程领域的研究人员和高年级研究生提供一部全面且具有指导意义的参考著作。 第一部分：拓扑序与基本概念的奠基 本部分聚焦于理解拓扑凝聚态物理学的核心驱动力——拓扑序。我们首先回顾了传统朗道能级理论在描述复杂量子系统时的局限性，并引入了拓扑不变性的概念，这是区分拓扑相与传统对称性破缺相的关键。 第一章：对称性与序参量的再思考 本章从经典晶体学和相变理论出发，回顾了Ginzburg-Landau理论的成功与不足。重点阐述了“序参量”概念的局限性，并引入了非局域序参量的思想。讨论了对偶性原理在量子场论中的初步应用，为理解拓扑序的非局域特性奠定了基础。 第二章：拓扑不变量与K-理论的引入 详细介绍了如何利用代数拓扑工具——同调群和K-理论来描述量子系统的拓扑性质。内容包括实数域上的Bott周期性，以及它在描述一维和二维电子系统能带结构中的决定性作用。重点讲解了Chern数作为描述二维量子霍尔效应拓扑性质的不可或缺的不变量。 第三章：拓扑绝缘体与拓扑超导体 本章是拓扑凝聚态物理的基石之一。全面梳理了基于时间反演对称性的拓扑绝缘体（TI）的分类——即“十倍表示法”。深入分析了三维（如$mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体）和二维（量子霍尔效应）系统的边界态与体态的拓扑保护机制。随后，探讨了拓扑超导体的概念，特别是如何通过引入粒子空穴对称性，导致了非阿贝尔任意子的潜在存在，为量子计算奠定了理论基础。 第二部分：低维系统与非阿贝尔统计 本部分将焦点转移到那些具有内在拓扑保护的低维或准一维系统中，特别关注非阿贝尔统计和其在实现容错量子计算中的潜力。 第四章：一维系统的紧束缚模型与边缘激发 详细分析了SSH模型（Su-Schrieffer-Heeger模型）作为描述具有拓扑边界模式的准一维系统的标准范例。通过精确对角化和格林函数方法，推导出零能边缘模的存在性及其对缺陷的鲁棒性。讨论了局域势对拓扑边界态的耦合与去束缚效应。 第五章：分数霍尔效应与任意子 深入探讨了分数霍尔效应（FHE）的物理机制，包括Laughlin分数化波函数和复合费米子理论。本章的核心在于阐述如何从这些多体量子液体中涌现出统计性质独特的准粒子——任意子（Anyons）。区分了阿贝尔任意子（如$ u=1/3$的Laughlin态）和非阿贝尔任意子，并详细描述了非阿贝尔任意子的非平凡编织统计，这是区别于标准费米子和玻色子的核心特征。 第六章：磁性拓扑材料与手性激发 考察了引入磁相互作用后，拓扑序如何与磁序相互作用。重点分析了反常霍尔效应（AHE）与磁性拓扑绝缘体（MTI）的联系。讨论了磁畴壁上的手性磁振子（Magnon）激发，以及这些激发如何与拓扑保护的电子态耦合，形成新的耦合现象。 第三部分：高阶拓扑与新自由度 本部分将视角扩展到超越传统边缘态或表面态的更高阶拓扑结构，以及系统如何利用新的自由度（如晶格振动或应变）来调控拓扑性质。 第七章：高阶拓扑相（HOTIs） 系统地介绍了高阶拓扑绝缘体（Higher-Order Topological Insulators, HOTIs）的概念，即拓扑保护的零维角态或准二维面态。通过解释“多重拓扑不变量”和“对称性指示器”，解释了如何通过晶格结构设计实现阶数更高的拓扑保护。重点分析了体-边对应关系的推广，以及其在声学和机械材料中的模拟实现。 第八章：拓扑声子与机械系统 将拓扑概念从电子系统推广到晶格振动（声子）和宏观机械系统中。详细分析了如何利用晶格的几何结构来定义拓扑声子绝缘体，并讨论了拓扑声子对热输运的影响。引入了拓扑机械系统的概念，展示了如何通过设计机械耦合网络来模拟电子的拓扑能带结构，并实现拓扑保护的机械波导。 第九章：拓扑相变的动力学与非平衡态 考察了在非平衡条件下拓扑相的演化和转变。讨论了周期性驱动系统（Floquet系统）中的拓扑相，包括Floquet拓扑绝缘体的分类和局域化现象。本章还探讨了拓扑量子物质在经历快速淬火或连续驱动时，其拓扑序的形成和退化的动力学过程，为实验中快速调控拓扑态提供了理论指导。 第四部分：实验探测与前沿应用 本部分将理论框架与实际的实验测量技术和潜在应用紧密结合。 第十章：角分辨光电子能谱（ARPES）的拓扑应用 详细介绍了如何利用ARPES技术直接观测拓扑材料中的费米面、狄拉克锥或雪松线。重点讨论了如何通过精确测量动量空间中的谱线，来确定拓扑边界态的能量和分散关系，并区分受杂质影响的态与真正的拓扑态。 第十一章：扫描隧道显微镜（STM）的局部探测 阐述了STM如何作为拓扑物理学的“瑞士军刀”。深入解析了扫描隧道谱（STS）在识别零偏置电导峰（零能模）和非阿贝尔准粒子束缚态（Majorana Zero Modes）方面的关键作用。讨论了在低温和强磁场下，STM对拓扑超导体界面的高分辨率成像技术。 第十二章：拓扑量子计算的实现路径 总结了拓扑物理学在下一代量子计算中的核心优势——内在容错性。重点分析了如何利用非阿贝尔任意子的编织操作来实现量子门。探讨了在二维电子气、铁基超导体和马约拉纳纳米线系统中的具体物理平台，并讨论了实现大规模、低错误率编织操作所面临的工程挑战。 本书结构清晰，从基础理论到前沿应用，层层递进，内容涵盖了拓扑凝聚态物理学的多个重要分支，为读者构建了一个全面且深入的知识体系。

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这本《Smectic Liquid Crystals》简直是物理学领域的一股清流，尤其对于那些像我一样，对软物质物理心存敬畏却又常常被复杂数学模型搞得晕头转向的初学者来说，它提供了一种近乎诗意的理解视角。作者显然花费了大量心血去构建一个既严谨又富有直觉性的叙事框架。我记得翻开第一章时，那种对液晶态空间排列的描述，简直像在阅读一篇关于分子舞蹈的文学作品，每一个相变都被赋予了清晰的物理意义。它没有急于抛出那些晦涩难懂的张量分析，而是从宏观的电光效应和温敏性入手，慢慢引导读者深入到描述性模型的层面。特别是关于“胆甾相”和“向列相”的过渡区域的处理，作者巧妙地运用了类比手法，比如将分子间的相互作用比作精心编排的军队队列，这极大地降低了理解门槛。更让我印象深刻的是，书中对实验技术的介绍，并非冷冰冰的设备说明书，而是融入了历史发展的脉络，让人了解到每一个关键发现背后凝聚了多少代科学家的心血。对于那些想跨界进入材料科学或生物物理领域的朋友，这本书提供了一个极佳的、不那么令人望而却步的切入点，它让你在掌握核心概念的同时，不会被那些不必要的数学细节压垮，真正做到了“授人以渔”的精髓。

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这本书的排版和图示质量简直堪称艺术品级别的享受。在物理教材中，清晰的插图往往是理解抽象概念的生命线，而《Smectic Liquid Crystals》在这方面达到了一个令人惊叹的高度。那些描绘分子层级堆叠、扭曲角变化以及电场诱导排列重构的示意图，不仅精确无比，而且在色彩和布局上都经过了精心的设计，使得原本复杂的空间几何关系一目了然。我尤其赞赏作者在处理液晶相图时的用心，那些多相区边界的绘制，清晰地标示了热力学稳定性和动力学亚稳态之间的微妙平衡，这比单纯的文本描述有效得多。此外，书中对历史背景的穿插叙述也非常到位，它不会生硬地插入那些过时的理论，而是将早期的关键实验发现，如同考古发现一般，置于现代理论的基石之上进行审视和评价，让人对科学的进步历程产生一种由衷的敬畏感。总而言之，这是一本不仅能提供知识，更能激发对这门学科美感和探索热情的典范之作，它的视觉呈现和内容深度相得益彰，共同构筑了一个令人信服的研究世界。

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坦白讲，我对这本书的某些部分感到有些“不适应”，这并非指其内容质量不高，而是指其叙事节奏和深度分布极不均衡，反而凸显了其独特的魅力。它仿佛是某位顶尖学者多年研究心得的随性记录，知识点跳跃性很强，但每一跳跃都带着深刻的洞察力。例如，它会用几十页的篇幅来详尽解析某一特定温度范围内的“反铁电”液晶行为，涉及复杂的电荷转移模型和分子间非共价键作用力，读起来颇具挑战性，需要极高的专注力才能跟上其思维的深度。然而，紧接着的下一章，可能就会突然转到一个非常简洁的、关于液晶显示器历史演进的概述，篇幅短小，却充满了对技术发展路线图的批判性思考。这种高低起伏的阅读体验，迫使读者必须时刻保持警惕，不能放松对任何细节的审视。对于那些想在某一小领域内深挖的专家来说，这种聚焦和密度是极具价值的，它节省了他们去其他文献中筛选信息的精力，但对于希望获得全面均衡知识的普通读者来说，可能会觉得某些章节过于“偏执”和信息密度过大，需要极大的耐心去消化那些核心的、极具专业性的论断。

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老实说，这本书的深度和广度，远超我最初的预期，它简直就是一本精心打磨的、面向研究人员的“工具箱”，而不是那种浅尝辄止的科普读物。我特别欣赏其中关于非线性光学响应和电场下介电各向异性行为的详尽论述。作者在推导这些复杂的本构方程时，展现了惊人的数学功底，每一步的逻辑推演都清晰得如同白纸黑字，几乎没有留下任何可以质疑的灰色地带。书中对“蓝相”（Blue Phase）的分析部分，简直是教科书级别的范例，它不仅仅是罗列了已有的理论模型，更深入地探讨了在不同温度和压力条件下，这些复杂拓扑缺陷的形成与演化动力学，甚至提到了近年来在拓扑场论框架下对这些结构的新解释。对于我目前正在进行的高速光调制器件研究而言，书中对弯曲弹性理论在不同边界条件下的具体应用案例，提供了直接可操作的指导。那些附带的附录中对各种张量场的详细定义和具体计算方法，更是让我找到了解决手头一个棘出的数值模拟问题的关键线索。这绝不是一本随便翻翻就能领会其价值的书，它需要反复研读，并在实际工作中对照参考，才能真正榨取出其全部潜力。

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翻开这本书的封面，我首先感受到的是一种跨学科的雄心壮志，它似乎试图连接起经典热力学与尖端纳米技术之间的巨大鸿沟。我不是物理学出身，背景偏向于化学工程，因此我对材料制备和稳定性的讨论格外关注。这本书在这方面做得相当出色，它没有沉溺于理论的象牙塔，而是花了很大篇幅讨论了各种表面活性剂、掺杂剂以及界面能对液晶相分离和畴结构形成的影响。尤其是关于聚合物分散液晶（PDLC）体系的章节，作者不仅分析了聚合物基体对液晶取向的限制作用，还非常细致地探讨了光刻和自组装技术在微纳结构液晶器件制造中的应用潜力。我尤其喜欢其中对“宏观缺陷工程”的探讨，即如何通过精确控制制备过程中的冷却速率或溶剂挥发速度，来“定制”出具有特定光学性能的液晶薄膜。这本书的论述风格非常务实，它很少使用过于宏大的语言，而是聚焦于“如何做”和“为什么会发生”，这对于一个以应用为导向的研究人员来说，是无价之宝，它让理论不再是空洞的公式，而是实实在在的制造指导手册。

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