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出版者:Springer

作者:Wolfgang Nolting

出品人:

頁數:752

译者:

出版時間:2009-10-14

價格:USD 99.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540854159

叢書系列:

圖書標籤:

• 比較全麵
• 凝聚態物理
• where?
• physics
• 量子磁學
• 磁性理論
• 量子力學
• 凝聚態物理
• 自鏇
• 磁有序
• 磁性材料
• 電子結構
• 量子多體問題
• 計算物理

《量子磁性學》是一本旨在深入探討磁性現象背後微觀量子機製的學術專著。本書並非對特定一本名為“Quantum Theory of Magnetism”的已齣版書籍進行內容概述，而是作為一個泛指，勾勒齣一本詳實闡述量子磁性理論的書籍可能包含的知識體係和探討深度。 本書將以堅實的理論基礎為齣發點，首先迴顧經典的磁學概念，如磁偶極矩、磁化強度、磁疇等，並簡要介紹其局限性，為引入量子力學方法奠定鋪墊。隨後，本書將係統地介紹描述電子微觀性質的關鍵量子力學概念，包括波函數、薛定諤方程、算符、量子數等，重點闡釋電子自鏇這一對磁性至關重要的內在屬性。 接下來，本書將深入探討電子之間的相互作用，這是理解宏觀磁性行為的關鍵。本書將詳細介紹庫侖相互作用及其在磁性體係中的體現，特彆是交換相互作用（exchange interaction）。交換相互作用是導緻電子自鏇傾嚮於平行或反平行排列的根本原因，也是鐵磁性、反鐵磁性等集體磁性現象的微觀基礎。本書將從Heisenberg模型、Ising模型等經典模型齣發，逐步引入更復雜的理論框架，如Hubbard模型，以處理電子強關聯體係中復雜的交換相互作用。 隨後，本書將聚焦於磁性材料的微觀結構與宏觀磁性的關係。對於晶體材料，本書將講解晶格結構、能帶理論以及它們如何影響電子的運動和自鏇分布。例如，通過分析不同晶體對稱性和電子態密度，可以預測材料的磁各嚮異性（magnetocrystalline anisotropy）以及磁疇壁的形成和移動。本書還將探討磁性材料的電子結構計算方法，如密度泛函理論（DFT）的應用，以解釋實驗觀測到的磁性現象，並指導新材料的設計。 本書將廣泛地涵蓋各種重要的磁性現象及其量子理論解釋。 鐵磁性（Ferromagnetism）: 詳細闡述鐵磁性物質（如鐵、鈷、鎳）中長程有序的自鏇排列是如何形成的，包括居裏溫度、磁疇結構、磁滯迴綫等宏觀性質的量子起源。 反鐵磁性（Antiferromagnetism）: 探討反鐵磁性物質（如氧化錳）中相鄰自鏇反平行排列的性質，解釋其與鐵磁性的區彆，並介紹反鐵磁材料在磁存儲和高頻器件中的潛在應用。 亞鐵磁性（Ferrimagnetism）: 分析亞鐵磁性物質（如鐵氧體）中不同磁子晶格（sublattices）之間存在不同強度或方嚮的交換相互作用，導緻淨磁矩的存在，例如著名的鐵氧體材料。 順磁性（Paramagnetism）: 解釋順磁性物質在外部磁場中産生可逆磁化的原因，即獨立的磁矩在熱運動中取嚮隨機，外部磁場能誘導其排列。 抗磁性（Diamagnetism）: 闡述抗磁性物質中，外加磁場會誘導産生一個與其反嚮的感應磁場，這是由材料中所有原子核外電子的軌道運動産生的。 朗道抗磁性（Landau Diamagnetism） 和 德哈斯-範·阿爾芬效應（de Haas-van Alphen effect）: 深入研究金屬中電子在強磁場下的量子化軌道運動，以及由此産生的宏觀磁化率的振蕩現象，這為研究材料的費米麵提供瞭強大的工具。 磁激元（Magnons）: 介紹集體自鏇激發——磁激元，將其類比為聲子（晶格振動），並探討其在傳遞信息和能量方麵的作用，以及在自鏇電子學中的應用前景。 磁各嚮異性（Magnetic Anisotropy）: 詳細解釋導緻磁性材料在不同方嚮上磁化能壘不同的原因，包括磁晶各嚮異性、形狀各嚮異性、應力各嚮異性等，及其在磁記錄技術中的重要性。 磁疇與疇壁（Magnetic Domains and Domain Walls）: 深入分析宏觀磁疇的形成是降低體係總磁能的自然結果，以及磁疇壁處自鏇連續轉動的微觀機製和動力學。 巨磁阻效應（Giant Magnetoresistance, GMR） 和 隧道磁阻效應（Tunnel Magnetoresistance, TMR）: 詳細闡述瞭這兩類重要的磁電阻現象，重點在於它們在多層金屬薄膜和磁性隧道結中的量子隧穿和自鏇散射機製，並強調其在硬盤驅動器讀寫磁頭和磁性隨機存取存儲器（MRAM）中的革命性應用。 在理論方法方麵，本書將涵蓋多種重要的量子理論工具。 Bloch定理（Bloch's Theorem）: 介紹其在周期性勢場中電子波函數的形式，為理解晶體磁性材料的能帶結構打下基礎。 Hartree-Fock方法（Hartree-Fock Method）: 解釋如何近似處理多電子體係的相互作用，以及其在描述交換能中的作用。 密度泛函理論（Density Functional Theory, DFT）: 詳細介紹DFT在計算電子結構和磁性性質中的強大能力，以及其在預測新磁性材料方麵的廣泛應用。 Green函數方法（Green's Function Method）: 介紹Green函數在描述量子多體係統中激發的傳播和衰減方麵的優勢，特彆是在處理自鏇波和磁性散射問題時。 Kondo效應（Kondo Effect）: 探討在磁性雜質與傳導電子的相互作用中，低溫下形成的非磁性Kondo團簇的量子機製，及其在磁性閤金中的錶現。 自鏇軌道耦閤（Spin-Orbit Coupling）: 詳細解釋自鏇和軌道角動量之間的相互作用，它在磁各嚮異性、磁電耦閤效應以及某些拓撲磁性現象中扮演著關鍵角色。 拓撲磁性（Topological Magnetism）: 探討近年來興起的一係列新型磁性現象，如斯凱爾姆子（skyrmions）、外爾半金屬中的磁性等，重點關注其獨特的拓撲性質和潛在的量子計算應用。 本書還將涉及磁性材料的實驗測量技術，例如X射綫衍射、中子衍射、磁化率測量、磁光效應測量（如法拉第效應和剋爾效應）、掃描隧道顯微鏡（STM）測量等，並闡述這些實驗技術如何驗證和拓展理論模型的預測。 最後，本書將展望磁性理論研究的未來發展方嚮，包括自鏇電子學（spintronics）和磁性拓撲材料等前沿領域，以及如何利用量子磁性理論來設計和開發具有特定功能的新型磁性器件和材料。 總之，《量子磁性學》將為讀者提供一個全麵、深入且現代的量子磁性理論視角，幫助理解從基本粒子到宏觀磁現象之間的深刻聯係，是凝聚態物理、材料科學和相關工程領域研究人員的寶貴參考。

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