Neutron Scattering in Condensed Matter Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Furrer, Albert/ Mesot, Joel/ Strassle, Thierry

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2009-5

价格:231.00元

装帧:

isbn号码:9789810248314

丛书系列:

图书标签:

• 中子散射
• 凝聚态物理
• 散射理论
• 晶体结构
• 磁性材料
• 超导材料
• 软物质
• 量子现象
• 材料科学
• 物理学

好的，这是一本关于凝聚态物理领域中，不涉及中子散射技术的图书简介，内容详尽，旨在为读者提供深入的理论和实验基础。 书名：凝聚态物理中的先进光谱学与低维系统研究 内容简介 本书旨在为凝聚态物理领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个关于现代凝聚态系统研究的全面、深入的概述，特别关注那些不依赖于中子散射技术（如X射线光谱学、拉曼散射、光电子能谱等）的实验方法，以及低维和拓扑材料的理论框架。本书的结构设计旨在平衡基础物理原理与前沿实验技术，帮助读者构建坚实的理论基础，并掌握分析复杂量子多体系统的工具。 全书共分为五大部分，共十五章。 第一部分：基础理论框架与输运现象（第1-3章） 本部分为后续高级主题奠定必要的理论基础，重点阐述如何用量子场论和统计力学方法描述凝聚态系统的集体激发。 第1章：量子多体理论基础回顾 本章首先回顾了凝聚态物理中描述电子相互作用的关键框架，如哈密顿量构建、费米子和玻色子的二次量子化表示。重点讨论了平均场理论（如布洛赫-堂山理论的推广）的适用范围与局限性。随后，引入了格林函数方法，详细推导了单粒子格林函数在有限温度下的性质，以及如何利用它们来计算系统的线性响应函数。本章强调了激发谱与极点之间的关系，为后续讨论光谱学数据解析奠定基础。 第2章：电子结构与能带理论的扩展 本章深入探讨了在周期性势场中电子的运动规律。除了标准的布洛赫定理及其在晶体动量空间（k空间）中的应用，本章着重介绍了非周期体系（如无序体系和准晶体）中电子态的描述方法，例如利用波恩-冯·卡门边界条件和局域化修正。讨论了如何通过密度泛函理论（DFT）的实际应用，计算实际材料的电子结构，包括对交换关联泛函选择的敏感性分析，以及如何处理强关联体系的基态近似。 第3章：输运性质与线性响应理论 本章聚焦于凝聚态系统对外部场的宏观响应，特别是电学和热学输运现象。详细阐述了Kubo公式，并展示了如何利用频率依赖的电流-电流关联函数来计算电导率、介电函数和磁化率。针对不同温度和频率尺度，讨论了弛豫时间近似、玻尔兹曼输运方程及其在引入杂质散射和电子-声子相互作用后的求解策略。本章还包含对霍尔效应和磁阻效应的微观理论解释。 第二部分：光学与电磁学光谱学（第4-6章） 本部分详细介绍了基于光与物质相互作用的实验技术，这些技术在探测电子能级结构和晶格振动模式方面具有不可替代的作用。 第4章：介电函数与光学响应 本章的核心是理解介电函数 $epsilon(mathbf{q}, omega)$ 在描述物质光学响应中的核心地位。从宏观的麦克斯韦方程组出发，推导出介电函数的物理意义，并结合量子力学，利用密度-密度关联函数导出其在微观层面的表达式。重点分析了在不同物理情境下（如等离子体振荡、激子效应、极化激元）介电函数的具体形式及其在光谱中的体现。 第5章：X射线吸收与光电子能谱（XAS/XPS/ARPES） 本章深入剖析了高能辐射与物质相互作用的截面。详细介绍了X射线吸收光谱（XAS）如何反映特定原子轨道（如K边、L边）的电子态密度（DOS）以及轨道占有率。随后，重点讨论了角分辨光电子能谱（ARPES）作为“直接观察”费米面的关键技术，从实验步骤到数据分析，讲解如何通过测量光电子的动量和能量，直接映射出电子的色散关系 $E(mathbf{k})$，并讨论了表面敏感性对测量的影响。 第6章：拉曼散射与声子谱学 本章关注中低频区的非弹性散射过程，特别是拉曼散射。详细解释了拉曼效应的微观机制，包括一阶、二阶以及非共振和共振条件下的散射截面。重点讨论了晶格振动（声子）在拉曼光谱中的特征峰，以及如何利用拉曼光谱来研究材料的相变、晶格畸变和应力分布。对于强关联体系，本章也探讨了电子-声子耦合对光谱特征的显著影响。 第三部分：磁性与自旋激发（第7-9章） 本部分聚焦于凝聚态系统中的磁性现象，探讨如何利用电子自旋的集体激发来揭示磁序和磁结构。 第7章：磁性理论基础与平均场模型 本章概述了磁性的微观来源，从朗之万模型过渡到居里-外斯定律，并深入探讨了伊辛模型和海森堡模型的严格解法和平均场近似。重点分析了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的基本区别，以及斯皮诺尔（Spin Wave）理论在描述低激发态时的应用，特别是朗道-费舍尔方程的导出。 第8章：磁化率与磁共振技术 本章讨论了系统的宏观磁响应，即磁化率。详细推导了静磁化率的Kubo公式，并讨论了其与磁性弛豫时间的关系。随后，深入讲解了电子顺磁共振（EPR）和核磁共振（NMR）在研究局部磁矩、磁有序温度以及超精细相互作用中的应用，强调了NMR对局部电子结构和晶格环境的敏感性。 第9章：磁性激发的光谱学探测 本章讨论了非弹性光散射（如非弹性X射线散射，IXS）在探测磁激发方面的潜力。尽管不直接使用中子，IXS技术能够提供关于磁振子（Magnon）分散关系的精确信息，特别是对高能量、短波长的磁激发。本章对比了磁化率测量和光谱测量在确定磁结构方面的互补性。 第四部分：低维系统与拓扑物态（第10-12章） 本部分将研究的焦点转移到几何约束带来的新奇物理现象，特别是二维材料和拓扑绝缘体。 第10章：二维电子气与量子霍尔效应 本章详细分析了二维电子气（2DEG）的特性，并深入探讨了朗道能级在强磁场下的量子化现象。重点解析了整数和分数量子霍尔效应的理论解释，包括能带的填充因子、拓扑不变量（陈数）与边缘态的联系。讨论了二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）中的实验观察及其与理想模型的差异。 第11章：低维电子系统的输运与界面效应 本章探讨了在纳米尺度下，界面和边界条件对电子输运的决定性影响。讨论了界面电子气的形成机制，如电荷转移和晶格失配导致的应变效应。分析了量子点和量子阱中的离散能级结构，以及局域化与弹道输运现象。 第12章：拓扑绝缘体与拓扑超导体导论 本章介绍了拓扑相的概念，区分了具有保护边界态的拓扑绝缘体与传统绝缘体的本质区别。详细阐述了时间反演对称性（TRS）保护的拓扑相，并解释了表面狄拉克锥的形成。最后，简要介绍了拓扑超导体中马约拉纳费米子的理论预测及其对量子计算的潜在意义。 第五部分：强关联系统与新兴现象（第13-15章） 本部分侧重于电子间强相互作用导致的复杂物态，这些物态通常无法通过简单的单粒子近似描述。 第13章：Hubbard模型及其近似求解 本章的核心是Hubbard模型，它是描述强关联电子系统的基本模型。详细讨论了其哈密顿量，并重点分析了在不同极限（强关联极限、弱关联极限）下的物理图像。详细介绍了近似方法，如局域自旋密度近似（LSDA）和动态平均场理论（DMFT）的基本思想和在光谱计算中的应用。 第14章：相变、序参量与重构态 本章系统回顾了统计物理中的相变理论，包括朗道理论、重整化群方法在描述临界现象中的作用。重点关注电子系统中的复杂相变，如金属-绝缘体转变（Mott转变）、电荷密度波（CDW）和轨道有序等。讨论了序参量如何通过光谱技术（如能隙测量）被识别。 第15章：高温超导的实验证据与理论模型 本章最后聚焦于当前研究热点——高温超导现象。从实验现象（如异于BCS理论的准粒子谱、赝能隙）出发，分析了D波配对的证据。随后，概述了当前主流的理论竞争模型，包括侧重于磁性涨落的理论框架，并探讨了如何利用先进的光谱技术来区分不同的配对对称性。 本书的特色在于其广博的实验方法覆盖面，以及对理论基础的严格推导，旨在培养读者批判性地分析复杂实验数据，并将其与现代量子理论相结合的能力。

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阅读这本书的过程，就像是进行一场精心策划的思维探险。它的逻辑推进非常精妙，总是在读者即将感到困惑时，适时地引出一个新的、更具洞察力的视角。举例来说，它对布拉格峰的解释，不仅仅停留在晶体结构因子上，而是将其与动态结构因子的概念巧妙地连接起来，让读者立刻领悟到静态结构信息是如何被动态过程所“模糊”或“丰富”的。这种层层递进的叙事策略，极大地增强了知识的内化。此外，书中穿插的那些历史性的插曲——关于早期散射理论争论的简短回顾——也为冰冷的物理定律增添了一层人性的光辉，让人感受到科学是如何在不断的修正和辩论中成长的。这种对学科发展史的尊重，使得学习过程不再是孤立地接收知识点，而是在一个更宏大的知识图谱中定位自己。

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这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调，配上简洁的白色字体，一下子就营造出一种专业而又神秘的氛围。翻开内页，首先映入眼帘的是清晰的排版和合理的章节划分，看得出作者在组织结构上下了很大的功夫。内容上，它似乎没有拘泥于传统的教科书模式，而是尝试用一种更具叙事性的方式来引导读者进入这个复杂的领域。比如，开篇对散射理论的引入就显得尤为生动，作者似乎刻意避开了枯燥的数学推导，转而用物理图像来解释背后的原理，这一点对于初学者来说简直是福音。我特别欣赏它在概念阐释上的细致，那些原本容易混淆的波函数和势场之间的关系，被梳理得井井有条，让人读起来不至于感到思维的卡顿。整体来看，这本书的语感流畅，读起来颇有代入感，仿佛一位经验丰富的导师在耳边细细讲解，而不是冰冷的文字堆砌。这本书的价值，也许就在于它能让那些望而生畏的理论变得触手可及。

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这本书的选材广度令人印象深刻，它成功地将一个看似狭窄的物理分支，拓展到了凝聚态物理的多个前沿领域。我发现它在描述低维系统和软物质中的应用时，展现出了极强的灵活性。比如，对聚合物链在溶液中构象的分析，使用了散射工具来解读长程关联，这种跨界的视角非常开阔。更值得称道的是，它在数学工具的应用上保持了克制与精准的平衡。它没有一股脑地堆砌傅里叶变换和群论，而是在需要时才引入必要的数学工具，并且总是先提供直观的物理意义，再给出严谨的公式，确保数学不是理解物理的障碍。这种“先知后术”的教学方法，对于那些工程背景较强，但数学基础相对薄弱的读者群体，提供了极佳的学习路径。

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从装帧设计到文字风格，这本书都散发着一种沉稳、可靠的气息，仿佛是为那些真正渴望深入研究的学者准备的“案头必备”。与其他一些偏向综述性质的读物不同，它的论述带有明确的立场和深入的见解，绝不满足于浅尝辄止。尤其是在讨论非平衡态系统和缺陷结构对散射信号影响的部分，其分析的深度和对现有文献的引用把握得十分精准，看得出作者不仅是理论的阐释者，更是该领域的一线实践者。阅读这本书，需要的不仅仅是时间，更需要一种沉下心来、与复杂概念“共处”的耐心。它提供给读者的，不是一套速成的公式，而是一套严谨的思维框架，帮助我们理解物质在微观尺度上那些微妙而又决定性的相互作用。这是一部真正能经受住时间考验的专业参考书。

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这本书在处理实验技术细节的部分，展现出了极其高超的把握度。不同于那种只停留在理论层面描述“如何测量”的著作，它深入剖析了不同类型散射实验（比如小角散射和中子衍射）背后的工程挑战和数据处理的复杂性。我尤其留意了其中关于仪器校准和误差分析的章节，写得极为详尽，甚至提到了不同探测器对背景噪声的敏感性差异。这种对实际操作层面困难的坦诚描述，对于正在搭建或运行相关实验的研究生来说，无疑是宝贵的“避坑指南”。作者似乎非常明白，理论的完美与实验的粗糙之间存在巨大的鸿沟，因此他花了大量篇幅来弥合这一差距。例如，关于样品环境控制（如高压或低温下的影响）的讨论，其深度远超一般教材的蜻蜓点点，简直可以作为一份独立的操作手册来参考。这种对“真实世界”物理的关注，使得全书的厚重感和实用价值都得到了极大的提升。

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