Theory of Atomic and Molecular Clusters pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Jellinek, Julius (EDT)

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页数:429

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价格:249

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isbn号码:9783540620006

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• 原子簇
• 分子簇
• 团簇理论
• 量子化学
• 计算化学
• 分子动力学
• 化学物理
• 凝聚态物理
• 光谱学
• 从头算方法

聚焦宏观与前沿：探索凝聚态物理与纳米科学的新边界 本书并非深入探讨原子和分子簇的量子力学细节，而是着眼于更宏大、更具应用潜力的凝聚态系统和前沿功能材料。 本书旨在为物理学、材料科学、化学工程等领域的专业人士和高年级学生提供一个理解复杂多体系统行为、探索新型功能物质的理论框架和实验视角。全书的重点在于集体行为的涌现、界面现象的调控，以及如何将这些基础理解转化为可控的宏观性质。 --- 第一部分：复杂系统的涌现性质与统计力学基础 (Foundations of Emergent Properties in Complex Systems) 本部分将宏观视角置于首位，着重于如何运用统计力学和非线性动力学来描述大量粒子组成的系统所展现出的超越微观粒子叠加的特性。 第一章：统计物理的现代视角与非平衡态 本章首先回顾了平衡态统计力学的基本原理，如配分函数、热力学量推导等，但立即将重点转向非平衡态的描述。我们将深入探讨诸如朗之万方程（Langevin Equation）和福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation）在线性响应理论中的应用，特别是如何用这些工具来描述扩散、弛豫过程以及小扰动下的系统响应。关键内容包括： 涨落与耗散原理（Fluctuation-Dissipation Theorem）的广义应用： 如何将此原理扩展到远非平衡的开放系统，用于理解能量和信息在系统边界的交换。 路径积分的半经典近似： 探讨在描述宏观运动和集体激发时，路径积分形式如何简化为经典的拉格朗日描述，以及如何处理量子修正。 复杂系统中的有效哈密顿量构建： 阐述如何通过尺度分离和平均场近似（Mean-Field Approximations）从微观模型中提取出描述界面或块体行为的低能有效哈密顿量，例如伊辛模型（Ising Model）的宏观相变研究。 第二章：相变、临界现象与重整化群方法 (Phase Transitions, Critical Phenomena, and Renormalization Group) 本章集中讨论系统行为的剧烈转变——相变。我们侧重于描述和分类不同类型的相变，并引入描述临界行为的强大工具。 分类与对称性： 深入分析一级和二级相变，重点讨论序参量（Order Parameter）的概念及其在区分不同拓扑和统计物理性质中的作用。利用 Landau 理论来定性预测相变点和混合相的存在。 普适性与标度律： 详细阐述临界指数的物理意义，解释为什么不同物理系统的临界行为会表现出惊人的普适性（Universality）。 重整化群（RG）的机制： 介绍经典的块旋转（Block Spin）重整化群方法，并对比其在格点模型和连续场论中的应用。重点解释RG流动的概念，以及不动点（Fixed Points）如何决定临界性质和系统的长程相关性。 --- 第二部分：凝聚态的微观结构与输运现象 (Microstructure and Transport in Condensed Matter) 本部分将目光投向固体和液体中的电子、晶格振动（声子）以及磁性，探讨这些基本激发如何共同决定材料的宏观输运和电磁响应。 第三章：电子结构与能带理论的实用化 (Practical Electronic Structure and Band Theory) 本书不纠结于从头算（Ab Initio）方法的复杂推导，而是侧重于如何利用成熟的电子结构计算结果来解释和预测材料特性。 紧束缚模型（Tight-Binding Model）的构建： 阐述如何利用晶体对称性和局域轨道来快速构建有效的能带模型，尤其适用于描述低维系统（如石墨烯、二维材料）的狄拉克锥或狄拉克线。 费米液体理论的局限性与替代方案： 在介绍传统的准粒子图像（Landau’s Fermi Liquid Theory）的同时，重点分析其在强关联体系（如过渡金属氧化物）中的失效，并引入Mott绝缘体和Hubbard模型的概念。 拓扑材料导论： 介绍布洛赫定理在拓扑分类中的新应用，如体-边对应原理（Bulk-Boundary Correspondence），并讨论量子霍尔效应和拓扑绝缘体中边缘态的物理图像。 第四章：声子、热力学与热输运 (Phonons, Thermodynamics, and Thermal Transport) 本章关注晶格的集体振动——声子，及其对材料热学性质的关键影响。 晶格动力学与色散关系： 概述如何通过晶格振动理论计算声子频率（色散关系），区分声学支和光学支。重点讨论声子散射机制（电子-声子、声子-声子、缺陷散射）。 热导率的玻尔兹曼方程描述： 运用玻尔兹曼输运方程来计算热扩散系数，重点讨论平均自由程的概念以及如何利用弛豫时间近似处理散射过程。 材料设计中的热管理： 探讨低维结构（如超晶格、纳米线）如何通过引入界面散射来调控热导率，这对于热电材料和热管理技术的应用至关重要。 第五章：磁性、介电响应与界面效应 (Magnetism, Dielectric Response, and Interface Phenomena) 本部分探讨材料在外加电磁场下的宏观响应，重点强调结构几何和界面对响应的调制。 磁性有序与平均场： 区分顺磁性、铁磁性、反铁磁性，并利用平均场理论（如Weiss平均场）描述居里温度的起源。 介电函数与极化： 阐述介电常数的频率依赖性，区分德鲁德模型（Drude Model）对自由电子的描述和洛伦兹模型（Lorentz Model）对束缚电子和极化的描述。重点分析界面极化和空间电荷积累的效应。 耦合现象： 介绍电磁耦合效应，如磁电效应（Magnetoelectric Effect）和压电效应，并分析这些效应在异质结（Heterostructures）中如何被极大增强，为传感器和存储器件的设计提供理论依据。 --- 第三部分：纳米尺度下的尺度效应与功能化 (Scaling Effects and Functionalization at the Nanoscale) 本书的最后一部分将视角缩小至纳米尺度，关注尺寸效应如何彻底改变材料的固有性质，并探讨如何通过精确控制结构来实现特定功能。 第六章：尺寸限制与量子限制效应 (Size Confinement and Quantum Confinement Effects) 本章探讨当系统特征尺寸接近电子或激子的德布罗意波长时，材料的电子和光学性质如何发生根本性变化。 量子点与能级分离： 使用简化的“无限深势阱”模型来量化尺寸对能隙的影响（量子尺寸效应）。讨论激子波函数在纳米尺度上的重新分布。 表面/界面能与弛豫： 深入分析高比表面积带来的表面自由能对材料热力学稳定性和化学活性的影响。讨论表面原子重建如何改变纳米颗粒的能带结构。 光与纳米结构： 重点讨论表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）的机理及其在传感、光催化中的应用，解释其与材料介电函数和几何形状的强耦合关系。 第七章：界面工程与异质结的构建 (Interface Engineering and Heterostructure Fabrication) 本章是应用导向的，聚焦于通过精确控制不同材料间的接触面来创造新功能。 能带对准与肖特基势垒： 阐述如何利用肖特基-莫特（Schottky-Mott）规则来预测不同半导体或金属-半导体界面上的势垒高度，以及界面态（Interface States）对载流子传输的抑制或促进作用。 应变工程（Strain Engineering）： 讨论晶格失配如何在界面处引入机械应力，以及这种应力如何影响材料的电子结构（如改变轨道杂化）和磁学特性，实现非磁性材料的磁化。 功能集成与多层膜： 总结如何利用原子层沉积（ALD）或分子束外延（MBE）等技术实现对界面质量的原子级控制，以构建功能强大的多层器件，如隧穿磁阻（TMR）和高性能薄膜电容器。 全书的论述风格旨在保持严谨的物理基础，同时紧密结合现代实验技术和材料科学的前沿课题，为读者提供一个理解和设计新型功能材料的坚实桥梁。

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初翻开这本关于物质微观构成的厚重之作时，我原本担心会陷入晦涩难懂的理论泥潭，但事实证明，我的担忧是多余的。该书的叙事节奏把握得极为巧妙，它在介绍复杂理论背景时，总能及时穿插现实世界中的应用案例，使得原本抽象的物理化学概念瞬间变得鲜活起来。比如，在讨论团簇的解离能和反应活性时，作者没有仅仅罗列公式，而是结合了实验光谱数据，清晰地展示了能量景观如何决定了化学反应的可能性。我个人对其中关于团簇催化性能的讨论尤其感兴趣，它不仅回顾了经典的吸附理论，更前瞻性地探讨了如何通过精确调控团簇尺寸来优化催化效率的“纳米剪裁”艺术。这种兼顾理论深度与工程实践的写法，让这本书的适用范围大大拓宽，不再局限于纯理论物理化学领域。对于希望跨界研究纳米技术或表面科学的工程师而言，这本书提供的基础知识框架是极其稳固和可靠的。唯一的遗憾是，某些高度专业化的光谱解析部分，如果能增加更多的图谱实例对比，或许能让初学者更容易上手。

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我是在一个偶然的机会接触到这本巨著的，当时正为一个涉及新型光电材料的课题感到困惑。这本书中关于半导体纳米晶体前驱体团簇稳定性的章节，简直是为我量身定做的指南。它将量子尺寸效应的理论模型，与实际合成中的温度、压力参数进行了精妙的关联。作者对团簇的电子态——特别是HOMO-LUMO能隙的尺寸依赖性——的阐述极其到位，让人明白为什么材料的宏观光电性质会随着颗粒尺寸的微小变化而发生剧烈转变。更让我惊喜的是，书中对团簇在不同基质中的环境效应（Matrix Effect）的讨论，这在很多纯粹的理论书中是缺失的。它不仅仅关注孤立体系，而是将团簇置于更贴近真实应用的环境中去考量其性质。这种实践导向的理论构建，使得这本书的实用价值倍增。它提供的不仅仅是知识，更是一套解决实际科学难题的思维框架。

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这本著作以一种令人耳目一新的视角深入探讨了无机化学的前沿领域，特别是那些在传统化学教科书中常常被一带而过的微观结构与性质的交织。作者的叙述风格如同高明的工匠，细致入微地雕琢着每一个原子团簇的形成机制与稳定态结构。我特别欣赏它对量子化学计算方法的介绍，并非停留在概念层面，而是真正将这些数学工具如何应用于预测复杂体系行为的过程进行了详尽的剖析。读完关于离子簇稳定性的章节，我才真正理解了“魔法数”背后的深刻物理意义，这对于从事材料科学研究的我来说，无疑是打开了一扇新的大门。书中对不同类型团簇——无论是金属的、半导体的还是惰性气体的——的电子结构和几何构型进行了系统性的梳理，展现了从原子到块体材料之间过渡区域的奇妙过渡性。它成功地构建了一个从分子间作用力到宏观物性之间缺失的环节，使得许多实验观察到的现象都有了坚实的理论支撑。这本书的图示质量极高，复杂的分子轨道和势能面图解清晰易懂，极大地辅助了理解。总而言之，这是一部内容扎实、方法论严谨的参考书，对于高年级本科生乃至研究生来说，都是不可多得的佳作。

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这本书的阅读体验，更像是一次严谨的学术考察，而不是轻松的知识获取。它对理论体系的构建极为负责，每一个结论的推导都建立在坚实的数学和物理基础之上。我发现它在处理电子关联效应和溶剂化模型时，展现了远超一般教材的深度。特别是在描述团簇体系中自发形成的手性现象时，作者引用了最新的理论进展，对这种自下而上的对称性破缺进行了深入的剖析。阅读过程中，我不得不频繁查阅线性代数和群论的补充材料，这虽然增加了阅读的难度，但也正是这本书价值所在——它不喂养，而是训练读者独立思考和解决问题的能力。它要求读者不仅要知道“是什么”，更要理解“为什么”是这样。对于那些渴望挑战自我、追求对物质世界底层规律有透彻理解的学者来说，这本书无疑是极佳的“磨刀石”。它的语言风格偏向于欧陆学派的严谨性，精确、少有浮夸，每一句话都承载着信息量。

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这本书给我最深刻的印象是其宏大的结构和跨越多个学科的视野。它巧妙地将固态物理的能带理论与分子物理的电子结构计算融合在一起，成功地在两个传统上界限分明的领域之间架起了一座坚固的桥梁。例如，在讨论团簇的磁性时，作者不仅回顾了居里-朗之万理论，更引入了密度泛函理论来解释超精细耦合常数的微观来源。这种多学科交叉的叙述方式，极大地拓展了我对“物质结构”这个概念的理解。我发现，很多我过去视为独立现象的问题，实际上都可以追溯到团簇尺度的电子几何优化这一共同的根源。阅读它，就像是获得了一副能够看穿不同尺度物质规律的“透视镜”。虽然个别章节涉及的数学推导较为繁复，但其逻辑的连贯性和最终呈现出的完备性，让人心悦诚服。它绝对不是一本用来快速翻阅的书籍，而是一部需要静下心来，反复研读、时常回顾的经典之作，是通往理解物质复杂性的必经之路。

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