Electronic Structure of Matter pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Richard M. Martin

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521782869

丛书系列:

图书标签:

• 固体物理
• 凝聚态物理
• 电子结构
• 量子力学
• 材料科学
• 物理学
• 计算物理
• 能带理论
• 从头算方法
• 密度泛函理论

材料的奥秘：探寻物质的内在秩序与宏观响应 我们周围的世界，无论是坚固的山脉、流动的河流，还是温暖的阳光，亦或是构成生命的精妙细胞，其根基都深植于物质的微观结构。理解物质的内在秩序，探寻电子在原子、分子乃至宏观材料中的排列与运动规律，不仅是物理学和化学的核心课题，更是诸多现代科技蓬勃发展的基石。本书《材料的奥秘》旨在带领读者深入物质的微观世界，揭示电子结构如何决定物质的性质，进而影响其宏观表现，并勾勒出我们如何利用这些深刻认识来设计与创造新材料，解决现实世界的挑战。 本书的叙述并非从抽象的理论出发，而是从我们熟悉的宏观现象入手，逐步引导读者追溯其微观根源。例如，我们为何感受到不同材料的硬度差异？为何金属能导电而陶瓷不能？为何有些物质在特定温度下会发光？这些看似平常的现象，背后都隐藏着电子结构深刻的印记。本书将从最基本的原子结构讲起，介绍量子力学如何革新了我们对电子的理解——电子不再是绕着原子核旋转的行星，而是以概率波的形式弥散在原子核周围，形成了特定的电子云和能级。我们将探讨原子核的电荷、中子的数量以及电子的填充顺序如何决定了元素周期表中的位置，以及不同元素之间为何会形成化学键，如离子键、共价键和金属键。 理解了单个原子和简单分子的电子结构，我们便能进一步探讨宏观材料的形成。当大量的原子或分子聚集在一起，它们之间的相互作用会产生更加复杂的电子行为，进而形成晶体结构、无定形结构等不同的宏观形态。本书将深入分析晶体学，介绍晶格、晶面、晶向等概念，并解释这些微观排布如何直接影响材料的机械性能，如强度、韧性和延性。例如，金属的延展性很大程度上归因于其晶格中位错的滑移，而陶瓷的脆性则与其离子键的强相互作用以及晶界处的缺陷有关。 更重要的是，电子的能级结构是决定材料导电、导热、光学和磁学性质的关键。本书将详细阐述能带理论，解释为何金属具有自由电子而成为良好的导体，为何半导体在掺杂或受激后能改变其导电性，而绝缘体则几乎没有自由电子。我们将探讨不同能带结构如何对应不同的材料分类，并进一步解析费米能级、导带、价带等概念在理解电子输运现象中的作用。 光学性质方面，电子能级的跃迁是光与物质相互作用的根本原因。本书将介绍材料如何吸收、发射和散射光子，解释透明、不透明、发光、变色等现象的微观机制。例如，LED（发光二极管）的原理便是利用半导体材料中电子从高能级跃迁到低能级时释放光子的过程，而太阳能电池则反其道而行之，利用光子的能量激发半导体中的电子，产生电流。 磁性材料的探索同样离不开电子自旋和轨道运动的贡献。本书将剖析顺磁性、抗磁性、铁磁性等不同磁性的来源，解释原子核周围电子的轨道运动和内在自旋如何产生微小的磁矩，以及这些磁矩在宏观材料中的耦合方式如何决定了材料整体的磁学行为。从永磁体到磁记录介质，再到未来可能实现的磁悬浮技术，都深深依赖于我们对磁性电子结构的深刻理解。 除了基础理论的阐释，《材料的奥秘》更强调这些知识在实际应用中的价值。本书将精选一系列代表性的材料科学成就，展现科学家如何根据对电子结构的理解，设计出具有特定功能的材料。例如，高性能合金的设计，如何通过调控不同元素的原子半径、电负性和电子排布来优化其力学性能和耐腐蚀性。新型半导体材料的研发，如何通过精确控制掺杂浓度和晶体生长条件，实现更高效的电子器件和光电器件。功能性聚合物的合成，如何利用共轭体系的电子结构来赋予材料导电、发光、传感等特性。 本书还将关注计算材料科学这一新兴领域。随着计算能力的飞速发展，科学家们能够利用量子化学计算方法，如密度泛函理论（DFT），在计算机中模拟材料的电子结构，预测其性质，从而大大缩短新材料的研发周期。我们将介绍这些计算工具如何辅助实验研究，加速从概念到现实的进程。 在深入探讨这些具体应用的同时，本书也适时地引入了材料科学的前沿研究方向。例如，纳米材料的独特电子行为，由于量子尺寸效应，其电子结构与宏观材料截然不同，展现出全新的物理和化学性质，为超小型器件、高效催化剂等提供了无限可能。二维材料，如石墨烯，其单原子层厚的结构使得电子在其中表现出惊人的迁移率和独特的电子特性。拓扑材料，更是打开了理解物质相变和量子效应的新窗口，可能在量子计算领域发挥重要作用。 《材料的奥秘》并非一本仅为专业人士准备的教材。尽管书中涉及严谨的物理学和化学概念，但作者力求以清晰的语言和生动的例子来阐释这些复杂的原理。对于具有高中以上科学素养的读者，本书将提供一个全新的视角来理解我们周围的世界。它旨在激发读者对物质科学的好奇心，培养科学思维，并展示材料科学作为连接基础科学与工程技术的重要桥梁所扮演的角色。 最终，本书希望读者在阅读过程中，能够深刻认识到，物质的宏观属性并非凭空而来，而是由其内在的电子结构所决定。理解了微观的秩序，我们才能更好地驾驭物质，创造更美好的未来。从电子的游戏规则，到材料的性能展现，本书将为你揭示这个深邃而迷人的科学领域。

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