纳米与分子电子学手册 (美)雷舍夫斯基,帅志刚,李启楷,朱道本 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美雷舍夫斯基，帅志刚，李启楷，朱道本 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030314550

商品编码：29658931550

包装：精装

出版时间：2011-06-01

基本信息

书名：纳米与分子电子学手册

定价：168.00元

作者：(美)雷舍夫斯基,帅志刚,李启楷,朱道本

出版社：科学出版社

出版日期：2011-06-01

ISBN：9787030314550

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：1.703kg

编辑推荐

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　　本书是纳电子学学科在理论和技术方面的*完整和*的指南。它涵盖了基本概念、**进展、全新的解决方案以及具有深远意义的进步，呈现了可靠的基本理论、应用实验结果和技术，探讨了器件级和系统级实现的突破性解决方案，并共享本领域的知名专家获得的科研成果和发展的技术。

内容提要

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　　本书系统地论述了分子和纳电子技术的方方面面——涵盖基础理论，报道*进展，设计全新的解决方案，报道可能的技术，预测具有深远意义的发展，构想新的范式等。
全书由四大部分、共26章构成，内容丰富，各章节既包括坚实的基础理论又论述可行性技术，在覆盖面和实用性之间取得了较好的平衡。
　　本书可供分子和纳电子技术及其相关领域的科研工作者和大专院校师生参考使用。

目录

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《纳米科学与技术》丛书序
译者序
前言
第Ⅰ部分 分子与纳电子技术：器件级与系统级
　1 自组装单分子层的电学特性
　2 分子电子学计算技术
　3 单分子电子学：结论与展望
　4 碳衍生物
　5 纳米存储器与纳米处理器的系统级设计与模拟
　6 三维分子电子技术与用于信号和信息处理平台的集成电路
第Ⅱ部分 纳米尺度电子技术
　7 电子学中的无机纳米线
　8 纳电子器件中的量子点
　9 利用纳米级多孔氧化铝模板自组装纳米结构
　10 尖峰神经元的神经形态网络
　11 电子学迈向TSI时代——分子电子学及未来
　12 基于非可靠纳米器件的纳米架构的计算
第Ⅲ部分 生物分子电子技术与处理
　13 “G线”DNA的性质
　14 金属蛋白电子技术
　15 生物分子与半导体纳米环中非线性和空间离散导致的电荷输运与局域化中性激子的Aharonov-Bohm效应
　16 蛋白质光存储
　17 通过孤立波和过程进行的亚神经元信息处理
　18 微管和肌丝的电子及离子导电性，与细胞信号的关系及在生物电子学中的应用
第Ⅳ部分 分子与纳电子学：器件层次建模与模拟
　19 分子电子学的模拟工具
　20 分子电子学器件中的电流整流、开关和缺陷影响的理论
　21 分子电导问题的复杂性
　22 作为开放量子体系的纳米机电谐振子
　23 分子接触的相干电子输运：一个易处理的模型实例
　24 单分子性原理输运计算的骄傲、偏见和窘境
　25 分子电子器件
　26 STM诱导单分子表面反应的电子共隧穿模型
附录 缩略语
彩图

作者介绍

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谢尔盖·雷舍夫斯基（S. E.Lyshevski），生于乌克兰基辅。1980年和1 987年在基辅理工学院分别获得电气工程专业的硕士和博士学位。1980～1993年，在基辅理工学院的电气工程系和乌克兰科学院任职。1989～1993年，担任乌克兰科学院微电子与机电系统部门主管。1993～2002年，在美国普渡大学电气与计算机工程系任副教授。2002年，作为电气工程教授加入到罗彻斯特理工学院。还在美国空军研究实验室和海军作战中心任正教授职位。撰写了多部纳米与微米方面的著作，发表期刊论文、会议论文以及手册章节合计逾300篇。目前的研究重点包括分子电子学、分子处理平台、纳米工程、认知系统、新型组织／体系架构、新型纳电子器件、可重构超高性能计算以及系统信息学等。在先进航天、电子、机电和海军系统的合成、设计、应用、验证和实现方面，作出了重要贡献。作过30余次和国际邀请报告，并担任《纳米与微米科学、工程、技术与医学》（Nano-andMicroscienc, Engineering, Technology, and Medicine）丛书的编委。

文摘

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序言

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《纳米与分子电子学手册》 一、 概述： 《纳米与分子电子学手册》是一本由（美）雷舍夫斯基、帅志刚、李启楷、朱道本等学者编著的，深入探讨纳米材料和分子尺度电子学前沿领域的权威性参考书籍。本书旨在为从事纳米科学、材料科学、物理学、化学、工程学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和学生提供一个全面、系统、详尽的知识体系。内容覆盖了从基本原理、器件结构、制备技术到器件性能、应用前景等各个关键环节，是理解和掌握纳米与分子电子学领域最新进展不可或缺的工具书。 二、 内容构成： 本书的内容编排严谨，逻辑清晰，围绕纳米与分子电子学的核心议题展开，共分为多个章节，每个章节都由该领域的顶尖专家撰写，确保了内容的深度和广度。 第一部分：纳米与分子电子学基础 第一章：纳米科学与纳米技术的概述 本章首先界定了纳米尺度（1-100纳米）的概念及其在物理、化学、生物等领域的独特性质。 详细阐述了纳米科学的核心思想，即在纳米尺度下，材料会表现出与宏观尺度截然不同的量子效应和表面效应。 回顾了纳米技术的发展历程，从早期对纳米材料的偶然发现到如今系统性的纳米器件设计和制造。 重点介绍了纳米材料的分类，包括零维（量子点）、一维（纳米线、纳米管）、二维（纳米片、石墨烯）和三维（纳米颗粒、多孔纳米结构）材料，并初步探讨了它们在电子学领域的潜在应用。 强调了纳米尺度下量子力学原理的重要性，如量子隧穿、量子限制等，这些是理解纳米器件工作机制的基础。 对纳米尺度的表面积与体积比显著增加所带来的化学和物理特性的改变进行了深入分析，这直接影响了纳米材料的导电性、催化性和传感能力。 本章为后续章节的深入探讨奠定了坚实的理论基础，引导读者理解为何纳米尺度下电子学的研究具有革命性的意义。 第二章：分子电子学原理 本章聚焦于分子电子学这一更精细的尺度，即利用单个分子或少量分子的电子特性来构建电子器件。 详细解释了分子作为电子元件的基本单元，阐述了如何通过分子结构的设计来调控其电子传输特性，例如分子轨道、能级、共振隧穿等。 介绍了分子电子学中的关键概念，如分子导线、分子开关、分子二极管等，并探讨了实现这些功能所需的分子设计原则。 重点讲解了分子电子器件的理论模型，包括Landauer-Büttiker公式等，用于描述电子在分子器件中的传输行为。 分析了分子自组装技术在构建有序分子电子器件阵列中的作用，以及其在提高器件密度和性能方面的潜力。 探讨了量子化学计算在预测和设计分子电子器件中的重要性，如何利用计算模拟来优化分子结构和器件性能。 对比了分子电子学与传统半导体电子学的异同，突出分子电子学在器件小型化、功耗降低以及多功能集成方面的独特优势。 本章为读者理解如何将单个分子转化为功能性的电子元器件提供了清晰的理论框架。 第三章：纳米材料的电子学性质 本章深入研究了各类纳米材料在电子学领域的关键性质。 金属纳米颗粒： 讨论了表面等离激元共振、局域场增强效应及其在传感、光电子器件中的应用。 半导体纳米结构（量子点、纳米线）： 详细阐述了量子限制效应如何改变半导体的能带结构，导致其光学和电学性质的尺寸依赖性，以及在LED、太阳能电池、晶体管中的应用。 碳基纳米材料（碳纳米管、石墨烯）： 深入分析了碳纳米管独特的金属性或半导体性、高载流子迁移率以及石墨烯的狄拉克锥结构、零带隙特性，探讨了它们在高性能晶体管、导电薄膜、传感器等领域的潜力。 其他纳米材料： 提及了诸如氧化物纳米材料、二维过渡金属硫化物（TMDs）等在电子学领域的研究进展和应用前景。 本章强调了理解不同纳米材料的电子学特性对于设计和优化纳米电子器件至关重要。 第二部分：纳米与分子电子器件的制备与表征 第四章：纳米电子器件的微纳加工技术 本章系统介绍了实现纳米与分子电子器件制造所需的关键技术。 光刻与电子束光刻： 详细讲解了传统光刻技术在制造微米及亚微米尺度器件的应用，以及更高分辨率的电子束光刻技术在实现纳米尺度图案化中的作用和局限性。 纳米压印光刻（NIL）： 深入探讨了NIL作为一种高通量、低成本的纳米加工技术，其原理、优势以及在制备周期性纳米结构中的应用。 自组装技术： 重点介绍了分子自组装、纳米颗粒自组装等技术，它们能够无需外部图案化即可在基底上形成有序的纳米结构，对于构建高密度、低成本的纳米器件具有重要意义。 化学气相沉积（CVD）与原子层沉积（ALD）： 阐述了这些薄膜生长技术在制备高质量纳米材料（如纳米线、纳米管、二维材料）和超薄介电层方面的应用，对控制材料的成分、结构和形貌至关重要。 模板法与刻蚀技术： 介绍了利用预设模板引导纳米结构生长，以及物理或化学刻蚀技术来定义器件结构的各种方法。 本章为读者提供了实现纳米与分子电子器件从概念到实物的技术路径。 第五章：分子器件的构建策略 本章聚焦于如何将单个分子或分子层集成到电子器件中。 分子连接技术： 详细讨论了如何通过共价键合、范德华力、π-π堆积等方式将分子固定在电极之间，实现有效的电子传输。 自组装单分子层（SAMs）： 深入研究了SAMs在构筑分子界面、调控分子取向和密度方面的作用，及其在分子电子学中的应用。 电化学合成与组装： 探讨了利用电化学方法在电极表面生长和组装分子结构的技术。 纳米尺度电极的制备： 讨论了如何制备能够与单个分子进行有效耦合的纳米尺度金属电极，如扫描隧道显微镜（STM）尖端诱导沉积、蒸发后修饰等。 分子功能化与集成： 介绍了如何通过化学修饰使分子具备特定的电子学或光学功能，以及如何将其集成到复杂的器件结构中。 本章提供了将分子作为核心功能单元构建电子器件的具体方法和思路。 第六章：纳米与分子电子器件的性能表征 本章详细介绍了用于评估纳米与分子电子器件性能的关键表征技术。 电学输运测量： 重点讲解了在低温、真空等极端条件下进行直流和交流电学输运测量的方法，包括I-V特性曲线、电导率测量、噪声谱分析等。 扫描探针显微技术（SPM）： 详细阐述了扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）在纳米尺度形貌观察、表面电子态成像和局部电学测量中的应用。 光谱学技术： 介绍了拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光光谱（PL）等技术在分析材料成分、结构和电子能级中的作用。 透射电子显微镜（TEM）与扫描电子显微镜（SEM）： 讲解了它们在纳米材料和器件的高分辨率形貌、结构和成分分析中的应用。 X射线衍射（XRD）与X射线光电子能谱（XPS）： 讨论了它们在材料晶体结构、化学态和表面成分分析中的作用。 本章为读者提供了评估和理解纳米与分子电子器件性能的关键工具。 第三部分：纳米与分子电子器件的应用 第七章：纳米与分子晶体管 本章集中探讨了利用纳米材料和分子构建新型晶体管。 碳纳米管场效应晶体管（CNFETs）： 详细介绍了CNFETs的工作原理、性能优势（高开关比、高速度、低功耗）以及在高性能逻辑电路中的潜力。 金属氧化物半导体纳米线场效应晶体管（NWFETs）： 讨论了NWFETs在低功耗、高灵敏度传感应用中的优势，以及其在健康监测和环境监测领域的应用前景。 石墨烯场效应晶体管（GFETs）： 分析了GFETs的高载流子迁移率以及零带隙带来的挑战与机遇，重点介绍了其在射频器件、透明导电薄膜等方面的应用。 分子开关晶体管： 探讨了利用分子构象变化或电子态改变来实现开关功能的分子晶体管，及其在信息存储和逻辑运算方面的潜力。 新型纳米材料晶体管： 提及了基于二维TMDs、有机半导体等的新型晶体管研究进展。 本章展示了纳米与分子技术在下一代计算器件方面的巨大潜力。 第八章：纳米与分子存储器 本章深入研究了利用纳米结构和分子实现信息存储的技术。 电阻式随机存取存储器（ReRAM）： 重点介绍了基于氧化物纳米材料、相变材料等构建的ReRAM器件，其工作原理、高密度、低功耗和非易失性特点。 分子存储器： 探讨了利用分子在不同氧化还原态或构象状态下的电学性质差异来实现存储功能，包括单分子存储器和分子阵列存储器。 磁性纳米结构存储器： 讨论了利用磁性纳米颗粒或磁性隧道结（MTJ）构建的自旋电子存储器，如MRAM。 电荷陷阱存储器： 介绍了利用纳米材料（如量子点、纳米颗粒）作为电荷陷阱实现存储的原理。 本章勾勒了未来高密度、高速度、低功耗存储器件的发展方向。 第九章：纳米与分子传感器 本章重点关注纳米与分子电子学在传感领域的应用。 化学传感器： 介绍了利用纳米材料（如纳米线、石墨烯）对特定气体、液体分子进行高灵敏度检测的原理，如气敏传感器、生物传感器。 生物传感器： 详细阐述了如何将生物分子（如DNA、抗体、酶）与纳米结构集成，实现对生物标志物的精确检测，在疾病诊断、药物研发等领域的应用。 光学传感器： 探讨了利用纳米材料的光学特性（如等离激元共振、荧光）实现光信号检测和转化的传感器。 机械传感器： 介绍了基于纳米材料形变或应力敏感性实现的压力传感器、应变传感器等。 压力和应力传感器： 讨论了纳米材料在检测物理量方面的敏感性和响应速度。 本章展示了纳米与分子技术在环境监测、医疗健康、食品安全等领域的广阔应用前景。 第十章：纳米与分子光电子学 本章探讨了纳米与分子电子学在光与电子相互作用领域的应用。 有机发光二极管（OLEDs）： 介绍了基于有机小分子和聚合物的OLEDs，以及其在显示技术和照明领域的应用。 量子点发光二极管（QLEDs）： 详细讨论了量子点的优异发光性能（高色纯度、高亮度）及其在下一代显示技术中的应用。 太阳能电池： 重点介绍了基于纳米材料（如量子点、纳米线、有机半导体）的新型太阳能电池，包括染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池（OSC）和量子点太阳能电池（QDSC），以及它们提高能量转换效率的策略。 光电探测器： 探讨了如何利用纳米结构和分子实现高效的光信号探测。 纳米光子器件： 介绍了将纳米材料集成到光波导、光开关等光子器件中，实现光电信号的转换和处理。 本章展示了纳米与分子技术在能源、通信和显示领域的革命性潜力。 第四部分：挑战与未来展望 第十一章：纳米与分子电子学的挑战与机遇 本章客观分析了纳米与分子电子学当前面临的主要挑战，包括： 器件的可重复性与稳定性： 如何确保大规模生产下器件性能的一致性和长期稳定性。 集成与互联： 如何将纳米与分子器件有效地集成到现有电子系统中，并实现高效的互联。 功率管理与散热： 纳米器件的高密度集成可能带来功率密度和散热问题。 制造成本与规模化生产： 如何降低制造成本，实现大规模、低成本的产业化。 物理极限与新原理探索： 进一步突破传统电子学的物理极限，探索全新的工作原理。 同时，也指出了巨大的发展机遇： 超低功耗器件： 为实现物联网、移动计算等提供技术支持。 高性能计算： 推动计算能力的指数级增长。 智能化传感器： 构建更强大、更普及的感知网络。 新型功能材料： 拓展材料科学的边界。 交叉学科融合： 促进物理、化学、生物、工程等领域的深度融合。 本章对该领域未来的发展方向进行了前瞻性的预测。 第十二章：纳米与分子电子学的未来发展趋势 本章展望了纳米与分子电子学的未来发展方向，包括： 超越摩尔定律的计算： 探索非冯·诺依曼架构、类脑计算、量子计算等新范式。 自旋电子学与量子计算： 利用电子的自旋自由度实现信息存储和计算，以及探索量子比特的实现。 生物电子学与健康监测： 将电子器件与生物系统更紧密地结合，实现个性化医疗和健康管理。 可穿戴与柔性电子： 制造可弯曲、可拉伸的电子器件，实现与人体、服装的无缝集成。 能源收集与转换： 开发更高效、更清洁的能源技术。 人工智能与大数据： 为人工智能算法提供强大的硬件支撑，加速大数据分析。 单分子电子学研究的深化： 进一步理解和操控单分子的电子行为，实现更精密的控制。 本章为读者描绘了一个充满无限可能的未来图景。 三、 特点与价值： 权威性： 由多位国际知名专家共同编著，内容经过严格审阅，具有极高的学术价值和参考价值。 全面性： 涵盖了纳米与分子电子学的理论基础、制备技术、器件应用以及未来展望，为读者提供了一个完整的知识图谱。 前沿性： 紧跟领域最新研究动态，介绍了许多最新的科学发现和技术进展。 系统性： 内容结构清晰，逻辑严谨，循序渐进，便于读者理解和学习。 实践性： 提供了大量的实验技术和器件设计思路，对于指导实际研究具有重要意义。 四、 目标读者： 本书是纳米科学、材料科学、物理学、化学、电子工程、生物医学工程等领域的研究人员、博士后、研究生以及对纳米与分子电子学感兴趣的高年级本科生。它也将为相关领域的工程师和行业决策者提供宝贵的参考信息。 五、 总结： 《纳米与分子电子学手册》是理解和掌握纳米与分子电子学这一颠覆性技术领域的必读书籍。它不仅为研究人员提供了深入的理论知识和实用的技术指导，更为未来的技术创新和产业发展指明了方向，是推动下一代电子学革命的关键工具。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在材料科学领域摸爬滚打的研究者，我通常对那些被过度宣传的“热门”领域持谨慎态度。然而，《纳米与分子电子学手册》却以一种近乎冷静甚至略带批判性的口吻，解构了当前分子电子学领域中的一些“炒作”。它没有把分子导线描述成万能的替代品，而是清晰地指出了在室温下实现稳定、可控的量子计算所需的分子结构设计难度是何等巨大。书中对“缺陷工程”的探讨尤为深刻，它揭示了在纳米尺度上，一个原子级别的错误如何可能导致整个器件性能的灾难性后果。这种严谨的科学态度，让我对这本书的权威性更加信服。它提供的是一份写给认真学者的、不打折扣的知识体系，需要读者投入大量的时间和精力去消化，但回报是巨大的——一种扎根于基础物理学的、对未来技术发展趋势的深刻洞察力。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书最大的价值，不在于它罗列了多少已知的“事实”，而在于它对未来研究方向的深刻预判和潜在挑战的坦诚剖析。在关于自旋电子学在分子尺度实现的前景分析中，作者们并没有过度乐观，而是明确指出了当前自旋操控效率低下、相干时间过短等核心瓶颈，并提出了一些看似大胆但逻辑严密的理论突破口。这让我意识到，阅读学术著作不应该只是为了“学习已知”，更重要的是去理解“未知”和“困难所在”。这本书的视角是全球性的，它不仅关注欧美实验室的进展，也相当关注亚洲地区，特别是我们在石墨烯和二维异质结研究上的独特贡献。这种开放和包容的研究视野，让人感到自己所处的领域是多么的充满活力和全球协作性。它激发了我跳出现有研究框架，去思考那些尚未被解决的、更具颠覆性的问题。

评分☆☆☆☆☆

拿起这本书，首先吸引我的是它近乎百科全书式的详尽程度。我特别关注的是分子器件的稳定性与可靠性这一章，这直接关系到未来商业化应用的可能性。这本书在这部分的处理方式非常务实，它没有停留在美好的理论设想上，而是直面了在实际操作中遇到的那些令人头疼的“鬼故事”——比如接触电阻的巨大波动、界面缺陷的随机性以及环境因素的干扰。作者们列举了大量的实验案例，对比了不同钝化技术和封装策略的效果，这对我优化我们实验室的器件测试流程提供了立竿见影的指导。我记得有一小节专门讨论了电化学合成法制备特定功能化分子的最新进展，其详细的操作步骤和参数范围描述，几乎可以让我直接拿来复现实验。这种从宏观理论到微观操作的无缝衔接，体现了作者团队深厚的工程实践经验，这本书与其说是一本“手册”，不如说是一份凝聚了数十年科研智慧的“操作指南”。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的《纳米与分子电子学手册》的封面设计就带着一股浓厚的学术气息，那种深沉的蓝色和严谨的字体排布，让人一看就知道这不是一本轻松的读物。我当时是带着一种朝圣般的心情去翻开它的，期望能在其中找到解决我目前研究瓶颈的关键钥匙。说实话，初次涉猎那些复杂的能带结构图和量子隧穿效应的数学推导时，我感到了一阵强烈的眩晕。那些公式的密度和抽象程度，对于非专业背景的读者来说，简直就是一堵高墙。但当我耐下心，借助一些基础的半导体物理知识去硬啃下去时，才逐渐体会到作者们构建知识体系的精妙之处。他们似乎不遗余力地想把这个前沿领域的所有重要分支都囊括进来，从材料的制备工艺到器件的实际应用，每一个环节都试图提供一个扎实的理论基础和前沿的实验进展报告。特别是关于单分子器件的理论建模部分，那段论述的深度和广度，即便在顶级期刊的综述文章中也难得一见，它不是简单的信息堆砌，而是带着强烈的作者个人洞察力的系统梳理，读完之后，对整个领域的脉络有了前所未有的清晰认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，坦白说，在某些章节略显陈旧，这可能与它的成书年代和翻译背景有关。但是，内容上的丰富程度完全弥补了视觉体验上的小瑕疵。我个人特别欣赏作者在阐述复杂概念时所采用的类比和比喻。例如，他们在解释范德华力在二维材料堆叠中的作用时，用了一个非常生动的“魔术贴”的比喻，一下子就把原本抽象的物理作用具象化了。这对于我们这些需要不断向新入门学生讲解这些前沿概念的人来说，是极大的帮助。而且，书中的参考文献引用非常考究，几乎每一页都有细小的脚注指向经典文献和最新突破，这使得读者在深入阅读某个特定主题时，可以非常方便地追溯源头，进行更深层次的学术探究，避免了信息茧房的困扰。这本书的结构安排也十分合理，章节之间层层递进，从基础物理到器件物理，再到前沿应用，逻辑链条清晰有力。