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出版者:Springer

作者:Yen, William M.; Dlott, D. D.; Downer, M. C.

出品人:

頁數:307

译者:

出版時間:1989-5-1

價格:USD 112.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540501541

叢書系列:

圖書標籤:

• Laser Spectroscopy
• Solid State Physics
• Spectroscopy
• Materials Science
• Optical Properties
• Quantum Optics
• Condensed Matter Physics
• Nonlinear Optics
• Defect Spectroscopy
• Vibrational Spectroscopy

《固體光譜的奧秘：從理論到應用》 本書旨在深入探討固體光譜學這一交叉學科的前沿進展，為讀者提供一個全麵而係統的理解框架。我們摒棄瞭對某一特定領域的淺嘗輒止，而是緻力於勾勒齣固體光譜學宏大的全景圖，從基礎的物理原理齣發，逐步延展至廣泛的應用場景。本書的精髓在於其理論的深度與應用的廣度並重，力求在嚴謹的科學論述中注入思想的活力，引導讀者超越知識的堆砌，抵達對固體物質內部相互作用和行為機製的深刻洞察。 第一部分：固體的光譜學基礎 我們將從最根本的物理原理齣發，為理解固體光譜學奠定堅實的基礎。 量子力學與固體的電子結構： 深入解析量子力學如何在微觀層麵描述固體的電子行為。我們將詳細闡述電子的波粒二象性、量子態、能量本徵態、波函數以及它們在周期性晶格中的行為，如布裏淵區、能帶結構（價帶、導帶、禁帶）、電子的周期勢以及Bloch定理。在此基礎上，我們將探討不同類型的電子結構，例如金屬、半導體和絕緣體，以及它們的光譜學特徵的根本差異。我們會詳細介紹第一性原理計算方法，如密度泛函理論（DFT）及其在預測和解釋固體光譜學性質中的作用。 光與物質的相互作用： 這一部分將聚焦於光子與固體材料中電子、聲子、磁振子等激發態之間的各種相互作用機製。我們將詳細解析吸收、發射、散射（包括瑞利散射和拉曼散射）、摺射、反射、透射等基本光學現象。特彆地，我們將深入研究激發態動力學，包括載流子産生與弛豫、激子形成與衰減、自由基形成與淬滅、錶麵等離激元（plasmonics）的激發與傳播，以及它們如何影響物質的光學響應。我們還將討論不同波長範圍的光（從紫外、可見光到紅外、太赫茲、微波）與固體的相互作用特點。 譜綫的形成與錶徵： 譜綫是光譜學診斷的語言。我們將深入剖析譜綫的産生機製，包括電子躍遷、振動躍遷、轉動躍遷以及它們的組閤。我們會詳細討論譜綫展寬的各種因素，如自然展寬、多普勒展寬、碰撞展寬、應力展寬、溫度效應以及非均勻展寬。此外，我們將介紹多種錶徵譜綫形狀和強度的參數，以及如何利用這些參數推斷材料的微觀結構、成分、溫度、壓力、缺陷以及載流子濃度等關鍵信息。 光譜技術概述： 本章將對主流的固體光譜技術進行係統性的介紹，為後續的應用章節提供技術背景。我們將涵蓋紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、紅外吸收光譜（IR）、拉曼光譜（Raman）、熒光光譜（Fluorescence）、光緻發光（PL）、X射綫光電子能譜（XPS）、能量色散X射綫光譜（EDX）、電子能量損失光譜（EELS）、傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）、橢偏光譜（Ellipsometry）、非綫性光學光譜學（如二次諧波産生SHG、三階非綫性光譜），以及各種激光光譜技術（如時間分辨光譜、激發-探測光譜）。每種技術都會詳細介紹其基本原理、儀器組成、實驗步驟、數據分析方法以及適用範圍。 第二部分：不同維度固體的光譜學特性 固體材料的維度對其電子結構和光物理性質有著決定性的影響，我們將分彆探討不同維度的固體在光譜學上的獨特錶現。 塊體材料的光譜學： 聚焦於三維塊體材料，如晶體、多晶體和非晶體。我們將深入分析這些材料中能帶結構的復雜性，以及它們如何影響宏觀的光學性質，如反射率、透射率和吸收率。我們將討論不同晶體結構（如立方、六方、四方）對光譜的特定影響，以及晶界、位錯等缺陷如何産生特徵性的光譜信號。例如，塊體半導體的帶隙吸收、聲子輔助吸收以及金屬的自由電子吸收都將作為重點案例進行分析。 二維（2D）材料的光譜學： 這是一個快速發展的領域，本書將投入大量篇幅來介紹二維材料（如石墨烯、過渡金屬二硫化物TMDs、六方氮化硼h-BN、MXenes）的光譜學特性。我們將詳細討論其獨特的電子結構（如狄拉剋錐、間接/直接帶隙）、激子效應（如強束縛激子、朗道能級）、聲子行為（如在K點和Γ點的獨特聲子模式）以及層間耦閤效應。我們將重點分析2D材料在拉曼光譜、光緻發光、吸收光譜以及太赫茲光譜中的典型特徵，並探討其在光電子器件、傳感器和催化等領域的潛力。 低維（1D/0D）納米材料的光譜學： 納米綫、納米棒（1D）和量子點、量子綫、納米顆粒（0D）因其量子尺寸效應而展現齣截然不同的光譜學行為。我們將深入研究尺寸對能帶結構、激子能量、發光顔色和光吸收截麵的調控作用。例如，我們將詳細講解量子點的大小依賴性發光（Size-dependent photoluminescence），以及納米綫中橫嚮聲子模的限製效應。我們還將討論錶麵效應和界麵對0D/1D材料光譜的顯著影響。 第三部分：固體光譜學的先進技術與前沿應用 在掌握瞭基礎理論和不同維度材料的光譜學特性後，本書將進一步拓展至更高級的技術手段和前沿的應用領域。 高分辨率與精密光譜技術： 介紹能夠揭示材料精細結構和動力學過程的高級光譜技術。我們將深入探討時間分辨光譜技術，如飛秒瞬態吸收光譜（fs-TA）、激發-探測光譜（Pump-Probe）、時間分辨光緻發光（TRPL）等，它們能夠捕捉電子和激子在極短時間尺度內的演化過程，揭示弛豫、重組、能量轉移等動力學機製。此外，我們將介紹空間分辨光譜技術，如共聚焦拉曼顯微鏡、熒光顯微鏡等，它們能夠實現對材料微觀結構和成分的空間成像，提供納米尺度的信息。 非綫性光學光譜學： 探討強光場與物質相互作用産生的非綫性效應，這為研究高激發態、高諧波産生、自發拉曼散射、誘導拉曼散射以及其他復雜的光學現象提供瞭強大工具。我們將介紹二次諧波産生（SHG）、三階非綫性光譜（如三階拉曼光譜、四波混頻）等技術，它們能夠探測材料的非中心對稱性、磁有序以及非綫性光學響應，在光學器件、信息處理和材料錶徵方麵具有重要意義。 光譜學在材料科學中的應用： 半導體與光電器件： 詳細闡述如何利用光譜學診斷半導體材料的能帶結構、缺陷態、載流子動力學，以及它們在太陽能電池、LED、激光器、光探測器等器件中的性能錶現。我們將分析不同摻雜、閤金化、異質結結構對光譜特性的影響。 催化與能源轉換： 介紹光譜學在研究光催化、電催化、固態電解質等能源轉換材料中的作用。例如，如何利用原位拉曼光譜、XPS等技術監測催化劑錶麵的反應過程、活性位點以及中間産物的形成。 磁性材料與自鏇電子學： 探討光譜學如何揭示磁性材料的電子結構、自鏇態以及磁-光耦閤效應。例如，磁圓二色譜（MCD）在研究磁性材料的電子結構和磁化過程中的應用。 傳感器與生物醫學應用： 介紹光譜學在開發高靈敏度化學傳感器、生物傳感器以及用於疾病診斷和藥物輸送的生物成像技術中的應用。 納米材料的特性錶徵： 深入分析如何利用各種光譜技術精確錶徵納米材料的尺寸、形貌、錶麵化學、相純度、結晶度和電子特性。 第四部分：挑戰與未來展望 本書的最後部分將對固體光譜學領域麵臨的挑戰進行梳理，並展望其未來的發展方嚮。 理論計算與實驗的融閤： 強調理論計算在預測光譜性質、解釋實驗結果和指導實驗設計中的關鍵作用，以及如何通過機器學習和人工智能等方法加速這一過程。 新技術的發展： 展望新型光源（如自由電子激光、超快光源）、探測器以及原位、外延技術的發展，它們將為探索更精細的物理現象提供可能。 跨學科的機遇： 探討固體光譜學與其他領域（如凝聚態物理、化學、材料科學、生物學、醫學）的交叉融閤，以及由此産生的新的研究熱點和應用方嚮。 通過對本書內容的全麵深入探討，讀者將不僅能夠掌握固體光譜學的基本原理和前沿技術，更能培養運用光譜學工具分析和解決復雜科學問題的能力，為投身於材料科學、納米科技、能源科學以及其他相關領域的研究與創新奠定堅實的基礎。本書的目標是激發讀者對固體物質微觀世界的無限好奇，並賦予他們探索未知、創造未來的強大武器。

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