Quantum Theory of Magnetism pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Wolfgang Nolting

出品人:

页数:752

译者:

出版时间:2009-10-14

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540854159

丛书系列:

图书标签:

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《量子磁性学》是一本旨在深入探讨磁性现象背后微观量子机制的学术专著。本书并非对特定一本名为“Quantum Theory of Magnetism”的已出版书籍进行内容概述，而是作为一个泛指，勾勒出一本详实阐述量子磁性理论的书籍可能包含的知识体系和探讨深度。 本书将以坚实的理论基础为出发点，首先回顾经典的磁学概念，如磁偶极矩、磁化强度、磁畴等，并简要介绍其局限性，为引入量子力学方法奠定铺垫。随后，本书将系统地介绍描述电子微观性质的关键量子力学概念，包括波函数、薛定谔方程、算符、量子数等，重点阐释电子自旋这一对磁性至关重要的内在属性。 接下来，本书将深入探讨电子之间的相互作用，这是理解宏观磁性行为的关键。本书将详细介绍库仑相互作用及其在磁性体系中的体现，特别是交换相互作用（exchange interaction）。交换相互作用是导致电子自旋倾向于平行或反平行排列的根本原因，也是铁磁性、反铁磁性等集体磁性现象的微观基础。本书将从Heisenberg模型、Ising模型等经典模型出发，逐步引入更复杂的理论框架，如Hubbard模型，以处理电子强关联体系中复杂的交换相互作用。 随后，本书将聚焦于磁性材料的微观结构与宏观磁性的关系。对于晶体材料，本书将讲解晶格结构、能带理论以及它们如何影响电子的运动和自旋分布。例如，通过分析不同晶体对称性和电子态密度，可以预测材料的磁各向异性（magnetocrystalline anisotropy）以及磁畴壁的形成和移动。本书还将探讨磁性材料的电子结构计算方法，如密度泛函理论（DFT）的应用，以解释实验观测到的磁性现象，并指导新材料的设计。 本书将广泛地涵盖各种重要的磁性现象及其量子理论解释。 铁磁性（Ferromagnetism）: 详细阐述铁磁性物质（如铁、钴、镍）中长程有序的自旋排列是如何形成的，包括居里温度、磁畴结构、磁滞回线等宏观性质的量子起源。 反铁磁性（Antiferromagnetism）: 探讨反铁磁性物质（如氧化锰）中相邻自旋反平行排列的性质，解释其与铁磁性的区别，并介绍反铁磁材料在磁存储和高频器件中的潜在应用。 亚铁磁性（Ferrimagnetism）: 分析亚铁磁性物质（如铁氧体）中不同磁子晶格（sublattices）之间存在不同强度或方向的交换相互作用，导致净磁矩的存在，例如著名的铁氧体材料。 顺磁性（Paramagnetism）: 解释顺磁性物质在外部磁场中产生可逆磁化的原因，即独立的磁矩在热运动中取向随机，外部磁场能诱导其排列。 抗磁性（Diamagnetism）: 阐述抗磁性物质中，外加磁场会诱导产生一个与其反向的感应磁场，这是由材料中所有原子核外电子的轨道运动产生的。 朗道抗磁性（Landau Diamagnetism） 和 德哈斯-范·阿尔芬效应（de Haas-van Alphen effect）: 深入研究金属中电子在强磁场下的量子化轨道运动，以及由此产生的宏观磁化率的振荡现象，这为研究材料的费米面提供了强大的工具。 磁激元（Magnons）: 介绍集体自旋激发——磁激元，将其类比为声子（晶格振动），并探讨其在传递信息和能量方面的作用，以及在自旋电子学中的应用前景。 磁各向异性（Magnetic Anisotropy）: 详细解释导致磁性材料在不同方向上磁化能垒不同的原因，包括磁晶各向异性、形状各向异性、应力各向异性等，及其在磁记录技术中的重要性。 磁畴与畴壁（Magnetic Domains and Domain Walls）: 深入分析宏观磁畴的形成是降低体系总磁能的自然结果，以及磁畴壁处自旋连续转动的微观机制和动力学。 巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance, GMR） 和 隧道磁阻效应（Tunnel Magnetoresistance, TMR）: 详细阐述了这两类重要的磁电阻现象，重点在于它们在多层金属薄膜和磁性隧道结中的量子隧穿和自旋散射机制，并强调其在硬盘驱动器读写磁头和磁性随机存取存储器（MRAM）中的革命性应用。 在理论方法方面，本书将涵盖多种重要的量子理论工具。 Bloch定理（Bloch's Theorem）: 介绍其在周期性势场中电子波函数的形式，为理解晶体磁性材料的能带结构打下基础。 Hartree-Fock方法（Hartree-Fock Method）: 解释如何近似处理多电子体系的相互作用，以及其在描述交换能中的作用。 密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）: 详细介绍DFT在计算电子结构和磁性性质中的强大能力，以及其在预测新磁性材料方面的广泛应用。 Green函数方法（Green's Function Method）: 介绍Green函数在描述量子多体系统中激发的传播和衰减方面的优势，特别是在处理自旋波和磁性散射问题时。 Kondo效应（Kondo Effect）: 探讨在磁性杂质与传导电子的相互作用中，低温下形成的非磁性Kondo团簇的量子机制，及其在磁性合金中的表现。 自旋轨道耦合（Spin-Orbit Coupling）: 详细解释自旋和轨道角动量之间的相互作用，它在磁各向异性、磁电耦合效应以及某些拓扑磁性现象中扮演着关键角色。 拓扑磁性（Topological Magnetism）: 探讨近年来兴起的一系列新型磁性现象，如斯凯尔姆子（skyrmions）、外尔半金属中的磁性等，重点关注其独特的拓扑性质和潜在的量子计算应用。 本书还将涉及磁性材料的实验测量技术，例如X射线衍射、中子衍射、磁化率测量、磁光效应测量（如法拉第效应和克尔效应）、扫描隧道显微镜（STM）测量等，并阐述这些实验技术如何验证和拓展理论模型的预测。 最后，本书将展望磁性理论研究的未来发展方向，包括自旋电子学（spintronics）和磁性拓扑材料等前沿领域，以及如何利用量子磁性理论来设计和开发具有特定功能的新型磁性器件和材料。 总之，《量子磁性学》将为读者提供一个全面、深入且现代的量子磁性理论视角，帮助理解从基本粒子到宏观磁现象之间的深刻联系，是凝聚态物理、材料科学和相关工程领域研究人员的宝贵参考。

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