量子點納米光子學及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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程成，程瀟羽 著

圖書標籤:

• 量子點
• 納米光子學
• 光子學
• 納米材料
• 量子物理
• 半導體
• 發光材料
• 生物成像
• 太陽能電池
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030503787

商品編碼：27465905160

包裝：平裝

齣版時間：2018-03-01

基本信息

書名：量子點納米光子學及應用

定價：135.00元

作者：程成,程瀟羽

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-03-01

ISBN：9787030503787

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：128開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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納米光子學是研究納米尺度光與物質相互作用的一門科學和技術，是近年來發展迅速的一個熱門前沿領域。本書主要內容包括：量子點的基本概念和納米光子學的基礎理論；量子點的能級結構；量子點的製備和錶徵；量子點光譜；量子點的溫度特性；光縴中的光傳輸；量子點光縴和光縴放大器；量子點光縴激光器；納米光子學研究的幾個熱點領域及進展，如量子點太陽能電池、矽量子點、錶麵等離子激元光子學、單個等離子激元納米粒子的光學特徵、錶麵增強拉曼散射熱點的超分辨成像等。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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凝聚態物理的宏大敘事：從晶格振動到拓撲絕緣體的演進 第一部分：晶格動力學與聲子譜的精妙描繪 本書深入探討瞭固體材料中原子排列與集體振動行為的內在關聯，構建瞭理解材料宏觀特性的微觀基礎。我們首先從經典彈性理論齣發，逐步過渡到量子力學的框架下，對晶格的周期性結構進行精確描述。 1. 晶格振動的量子描述：聲子概念的引入與建立 晶體中原子並非靜止不動，而是以其平衡位置為中心進行微小振動。這些集體振動的量子化激發，即“聲子”（Phonons），是熱學、電學和光學性質的根本決定因素。本書詳細闡述瞭如何通過對哈密頓量的微擾方法，將復雜的N體問題簡化為一係列獨立的諧振子模型。我們推導瞭色散關係 $ omega(mathbf{q}) $ 的普遍形式，區分瞭光學支與聲學支，並解釋瞭它們在不同波矢區域的行為差異。 2. 聲子譜的實驗測量與計算方法 理論模型必須與實驗觀測相結閤。本章係統迴顧瞭測量晶格振動模式的主要實驗技術，重點剖析瞭非彈性中子散射（INS）和拉曼散射（Raman Spectroscopy）在確定聲子密度（Phonon Density of States, PDOS）中的核心作用。在計算方法方麵，我們詳細介紹瞭密度泛函理論（DFT）框架下，使用有限差分法和綫性響應理論計算聲子頻率和強度的標準流程，包括如何處理非諧和效應（Anharmonic Effects）對聲子壽命的影響。 3. 熱學性質的微觀根源：熱導率與比熱 聲子是晶體中熱量傳輸的主要載體。本書深入分析瞭聲子-聲子散射（Umklapp and Normal processes）在限製晶格熱導率中的決定性作用。基於玻爾茲曼輸運方程（Boltzmann Transport Equation），我們推導瞭在不同溫度區域（特彆是德拜溫度以下和以上）熱導率 $ kappa(T) $ 的依賴關係。同時，我們重訪瞭德拜模型和愛因斯坦模型的局限性，並展示瞭如何利用精確計算的PDOS來修正低溫下的電子比熱和晶格比熱。 --- 第二部分：電子結構理論的深化與能帶的構建 理解材料的電學和磁學特性，必須深入其電子結構。本部分聚焦於如何從薛定諤方程齣發，構建起描述周期性勢場中電子行為的能帶理論，並探討瞭能帶結構如何決定材料的本質屬性。 1. 從緊束縛到近自由電子模型 本書首先迴顧瞭描述電子在周期性勢場中運動的兩個經典模型：布洛赫定理（Bloch’s Theorem）是理解電子在晶體中波函數形式的基石。在此基礎上，我們對比瞭晶體場理論中的緊束縛（Tight-Binding, TB）模型，該模型在描述d/f軌道局域化方麵具有優勢，以及近自由電子模型（Nearly Free Electron Model），後者通過微擾方法解釋瞭布拉菲麵附近能帶的打開。 2. 密度泛函理論（DFT）的實踐與挑戰 現代凝聚態物理計算的核心是DFT。我們詳盡討論瞭 Kohn-Sham 方程的建立，以及交換關聯泛函（Exchange-Correlation Functional）的選擇對計算結果的決定性影響。重點剖析瞭局部密度近似（LDA）和廣義梯度近似（GGA）在預測晶格常數、形成能和能帶隙方麵的成功與局限性。對於半導體和絕緣體能帶計算中普遍存在的“能帶隙低估”問題，我們探討瞭利用後DFT方法（如GW近似）進行修正的必要性與技術細節。 3. 電子態密度與費米能級周圍的行為 電子態密度（DOS）是連接微觀電子結構與宏觀電輸運性質的關鍵橋梁。本書闡釋瞭如何通過積分布裏淵區內的電子波函數來計算總DOS，並區分瞭局部分布態密度（LDOS）。深入分析瞭費米能級（Fermi Level）附近電子態的特性，這直接決定瞭材料是導體、半導體還是絕緣體，以及其在外部電場下的響應機製。 --- 第三部分：電子輸運與磁性現象的理論框架 在確立瞭晶格動力學和電子結構的基礎後，本書轉嚮研究電子在這些結構中輸運的行為，並引入瞭電子間的相互作用——磁性。 1. 輸運性質的玻爾茲曼方程方法 對於材料的直流電導率、霍爾係數和熱電效應，玻爾茲曼輸運方程（BTE）提供瞭一個半經典的有效描述框架。我們詳細推導瞭弛豫時間近似（Relaxation Time Approximation, RTA）下的電導率張量錶達式，並探討瞭電子-聲子散射、電子-雜質散射和電子-電子散射對弛豫時間的貢獻。特彆討論瞭高階輸運現象，如磁阻效應的微觀起源。 2. 關聯效應與磁性材料的起源 電子間的庫侖排斥是許多復雜物理現象的根源，特彆是磁性。本書引入瞭Hubbard模型作為描述強關聯電子體係的基本框架，解釋瞭Mott絕緣體的物理圖像，即電子之間的斥力壓倒瞭由能帶重疊帶來的導電趨勢。接著，我們分析瞭鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性的起源，基於平均場理論（Mean-Field Theory）和自鏇波理論，闡述瞭長程有序磁矩的形成條件與特性。 3. 介電響應與光學性質 材料對電磁場的響應由其介電函數 $ epsilon(mathbf{q}, omega) $ 描述。我們通過綫性響應理論，推導齣Kubo公式，將其與電子躍遷的概率聯係起來。重點分析瞭等離子振蕩（Plasma Oscillations）的集體激發，以及在不同頻率下，材料如何錶現為透明（低頻）、吸收（中間帶隙）或反射（高頻）。 --- 第四部分：拓撲材料的範式轉變與新興概念 本部分聚焦於近二十年來凝聚態物理的革命性進展——拓撲物理，它超越瞭傳統的基於對稱性的分類，引入瞭拓撲不變量的概念來描述物質的本徵性質。 1. 拓撲不變量與能帶拓撲 拓撲絕緣體（Topological Insulators, TIs）的核心在於其能帶結構中蘊含的非平凡拓撲特性。本書解釋瞭“拓撲不變量”（如Chern數或$Z_2$不變量）的數學構造，並闡明瞭這些不變量如何保證在錶麵或邊緣必然存在受拓撲保護的、無能隙的邊緣態。我們詳細分析瞭時間反演對稱性（Time-Reversal Symmetry, TRS）在二維和三維TI中的關鍵角色。 2. 狄拉剋與外爾半金屬 狄拉剋（Dirac）和外爾（Weyl）費米子在凝聚態係統中被重新發現。本書區分瞭它們在晶體結構中的具體實現方式。對於狄拉剋半金屬，我們關注其在布裏淵區中心附近綫性色散的電子結構；而對於外爾半金屬，我們強調瞭手性（Chirality）和非零拓撲荷的重要性，以及如何通過破缺時間反演對稱性或空間反演對稱性來實現外爾點。這些材料的獨特之處在於其錶麵存在顯著的“蟲洞”連接，導緻瞭特殊的磁輸運響應。 3. 拓撲錶麵態的探測與應用潛力 拓撲材料的物理意義在於其錶麵的導電性與體態的絕緣性之間的鮮明對比。本書係統介紹瞭角分辨光電子能譜（ARPES）如何直接觀測到拓撲保護的狄拉剋錐或外爾錐，這是確認拓撲性質的最有力證據。討論瞭拓撲材料在低功耗電子學和未來量子計算領域（如馬約拉納費米子）的潛在應用前景。 全書結構嚴謹，從描述原子尺度的基本運動，過渡到電子能級的構築，再到宏觀輸運特性的解釋，最終聚焦於當前前沿的拓撲物理學。內容聚焦於傳統的凝聚態物理理論框架、計算方法以及近期的重大突破，旨在為讀者提供一個全麵而深入的、關於固體材料物理性質的理論圖譜。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和設計給我留下瞭深刻的第一印象。封麵那深邃的藍色調，配上那種仿佛從微觀世界中捕捉到的、閃爍著獨特光芒的圖形，一下子就抓住瞭我的眼球。這不僅僅是一本理工科的教科書，它更像是一件藝術品。拿到手裏，厚重而紮實的質感，翻開內頁，字體排版清晰得令人贊嘆，圖錶的繪製更是精細入微，即便是復雜的物理模型，也能被展現得井井有條，讓人在閱讀時幾乎感覺不到任何視覺上的疲勞。我尤其欣賞作者在理論推導過程中使用的那些精妙的插圖，它們像是為那些抽象的數學公式量身定做的嚮導，讓原本望而生畏的章節變得平易近見。這種對細節的極緻追求，從紙張的選擇到墨水的飽和度，都透露齣齣版方對這部作品的尊重，也讓作為讀者的我，在閱讀的初期就建立瞭一種高度的期待感——期待著內裏蘊含著與之匹配的知識深度。它放在我的書架上，本身就是一種視覺上的享受。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性遠超我最初的預期，它絕不是一本隻停留在理論層麵空談的“象牙塔”之作。我特彆關注瞭其中關於器件製備與性能優化的部分，那裏的內容簡直可以作為高級實驗室操作的手冊來參考。作者沒有滿足於給齣理想化的模型數據，而是深入探討瞭真實世界中存在的各種限製和挑戰，比如雜質對光發射效率的影響、界麵能級的精確調控技術等等。這些“接地氣”的分析，對於任何試圖將理論轉化為實際産品的工程師或研究人員來說，都是無價之寶。我甚至找到瞭一些關於特定新型半導體材料在特定工作波段下性能預測的獨傢算法描述，這在其他任何我接觸過的綜述性文獻中都未曾見過，這無疑提升瞭這本書的專業壁壘和參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我驚喜的，是它對未來應用前景的描繪，那部分內容充滿瞭令人振奮的前瞻性。作者似乎擁有穿透當前技術瓶頸的遠見，他不僅僅迴顧瞭已有的成就，更著重描繪瞭下一代技術可能突破的方嚮。我看到瞭一些關於超高分辨率顯示、新型生物傳感乃至量子計算接口的構想，這些構想的提齣，都建立在對現有物理極限的深刻理解之上，顯得既大膽又審慎。閱讀這些章節時，我甚至能感受到一股強大的驅動力，仿佛自己也站在瞭科學前沿，參與到這場未來的構建之中。它成功地將枯燥的物理知識與激動人心的科技願景連接起來，讓閱讀體驗從純粹的學術鑽研升華為對未來世界圖景的憧憬與想象。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，與其說是學習，不如說是一次深入的思維漫步。我發現作者在闡述基本原理時，並非采用那種教科書式的、冷冰冰的羅列，而是像一位經驗豐富的大師在娓娓道來，充滿瞭洞察力與啓發性。他總能找到一種奇妙的平衡點，既能保證科學的嚴謹性，又不失敘述的流暢性。特彆是那些涉及到材料科學與量子力學交叉地帶的章節，往往是其他書籍容易讓人感到晦澀難懂的地方，但在這裏，我仿佛能“看到”那些粒子是如何在特定的結構中錶現齣奇異特性的。作者對曆史脈絡的梳理也做得非常到位，他沒有迴避早期理論中的一些彎路和爭議，反而將這些探索的過程也展示齣來，這使得整個知識體係的構建顯得更加真實和立體，讓我理解瞭科學發現並非一蹴而就的坦途，而是充滿瞭反復試錯與靈光乍現的復雜過程。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的深度要求讀者必須具備一定的預備知識背景，它對讀者的門檻是相當高的。我感覺自己像是一個登山者，在攀登過程中，有好幾次險些被那些深奧的數學推導和復雜的半導體物理模型所睏住。它需要你停下來，反復咀嚼每一個公式背後的物理意義，甚至需要去查閱一些相關的背景文獻纔能完全跟上作者的思路。然而，正是這種挑戰性，纔使得每一次成功理解後的豁然開朗變得格外有價值。它不迎閤初學者，而是直指核心，這對於那些想要在相關領域深耕的碩士或博士研究生來說，無疑是最好的“磨刀石”。它強迫你思考，而不是被動接受信息，這一點，對於培養獨立科研能力至關重要。