(全英文)半导体纳米材料在太赫兹电场中的特性沈韬 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沈韬 著

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出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502461614

商品编码：29665427501

包装：平装

出版时间：2014-03-01

基本信息

书名：(全英文)半导体纳米材料在太赫兹电场中的特性沈韬

定价：36.00元

作者：沈韬

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2014-03-01

ISBN：9787502461614

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统详尽地介绍了半导体基础纳米结构在太赫兹电场中的响应特性、空间载流子受激运动机理、解析及快速分析的方法。涵盖了半导体基础理论，载流子输运方程分析、有限元数值方法解析、等效电路分析方法等内容。《半导体纳米材料在太赫兹电场中的特性(英文版)》由沈韬编著。

目录

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1　Introduction
　References
2　Theoretical Framework
　2.1　Electromagic Field Theory
　2.2　Brief Review on Related Semiconductor Physics
　　2.2.1　Energy band theory
　　2.2.2　Carrier concentration at thermal equilibrium
　2.3　Charge Transport in Semiconductor
　References
3　Semiconductor Nanostructure in the Static Electric Field　
　3.1　Semiconductor Nanoplate in the Static Field
　3.2　Semiconductor Nanoparticle in the Static Field
4　Response of Elementary Semiconductor Nanostructures in Quasi-Static Electric Field
　4.1　Carrier Dynamics
　4.2　Semiconductor Nanoplate in the Quasi-Static Field
　4.3　Semiconductor Nanoparticle in the Quasi-Static Field
　References
5　Full Wave Analysis
　5.1　Full Wave Analysis of a Semiconductor Nanoparticle
　5.2　Response of Semiconductor Nanoparticle with High Doping Level in Dynamic Field
6　Equivalent Circuit Representation for Conductive Nanostructure
　6.1　Basic Concepts of Equivalent Circuit
　6.2　Equivalent Circuit Representation for the Semiconductor Nanoplate
　6.3　Equivalent Circuit Representation for the Semiconductor Nanoparticle
　6.4　Equivalent Circuit Representation for the Metal Nanoparticle
　References
7　Conclusion
　7.1　Summary
　7.2　Suggestions for Future Work
Appendix A
Appendix B

作者介绍

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文摘

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序言

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太赫兹技术：前沿探索与应用展望 太赫兹（Terahertz, THz）波，即频率介于300 GHz到3 THz之间的电磁波，凭借其独特的性质，正成为科学研究和技术应用的新兴焦点。这一波段的电磁波，由于其能量较低，不易对生物组织造成电离损伤，同时又能够穿透许多非导电性材料，如衣物、塑料、陶瓷等，这使得它在无损检测、成像、通信、安防等领域展现出巨大的潜力。 太赫兹波的产生与探测：技术的革新 太赫兹技术的蓬勃发展，离不开高效、稳定、便携的太赫兹波产生与探测技术。传统的太赫兹波产生方法，如利用非线性光学晶体倍频、光导天线以及量子级联激光器（QCLs）等，都在不断推陈出新，向着更宽的带宽、更高的输出功率和更便捷的操作性迈进。例如，基于光梳技术的太赫兹波产生，能够实现精确的频率调谐；而新兴的半导体器件，如光电导天线和THz QCLs，正变得越来越集成化和小型化。 在探测端，同样面临着诸多挑战。高速光电探测器、热释电探测器、以及各类THz传感器，都在不断提升着探测灵敏度、响应速度和空间分辨率。近年来，基于纳米材料的太赫兹探测器，如石墨烯、二维材料等，因其优异的光电导特性和快速响应速度，成为研究的热点，有望在未来实现更小型化、高性能的THz探测系统。 太赫兹波与物质的相互作用：揭示内在特性 太赫兹波与物质的相互作用是理解其应用的基础。当太赫兹波照射到物质上时，会发生吸收、反射、透射、散射等现象。这些相互作用的强度和模式，高度依赖于物质的分子结构、晶体结构、以及其在太赫兹波段的介电响应。 分子振动与转动： 许多分子在太赫兹波段拥有特征的振动和转动能级，这使得太赫兹光谱成为识别和表征分子的有力工具。例如，水分子在太赫兹波段有强烈的吸收峰，这使得太赫兹成像能够区分含水量不同的物质。复杂有机分子，特别是生物分子，其骨架振动和构象变化也常常体现在太赫兹光谱中，为研究生物大分子的构象变化、药物分子的相互作用等提供了可能。 晶格振动（声子）： 在固态材料中，太赫兹波能够激发晶格振动，即声子。材料的晶体结构、缺陷、以及相变都会影响其声子谱，从而在太赫兹谱中留下印记。这使得太赫兹技术在晶体材料的表征、相变研究、以及缺陷检测方面具有独特优势。例如，半导体材料的掺杂浓度、晶格缺陷的类型和密度，都会影响其THz响应，从而可以通过THz谱进行量化分析。 自由载流子动力学： 在导电材料中，特别是半导体材料，太赫兹波能够激发自由载流子的运动。自由载流子的浓度、迁移率、以及散射机制，都会影响材料的介电常数和电导率，从而改变太赫兹波的传播特性。对自由载流子动力学的研究，是理解半导体材料太赫兹响应的关键，也为开发新型半导体器件提供了理论基础。 太赫兹成像技术：穿透现实的“X光” 太赫兹成像技术因其穿透非导电性材料的能力，在许多领域具有颠覆性应用前景。 安防检查： 太赫兹成像能够穿透衣物，检测隐藏的武器、违禁品，而无需剥离衣物，保证了隐私和效率。这使得它在机场、车站等公共场所的安全检查中具有巨大的潜力。 无损检测： 在工业领域，太赫兹成像可以用于检测材料内部的缺陷、裂纹、空洞，以及评估涂层厚度，而不会对产品造成任何损伤。这在航空航天、汽车制造、电子元件检测等领域具有重要的应用价值。 医学诊断： 太赫兹波对生物组织无害，且能够区分不同含水量的组织，这为早期癌症检测、皮肤病诊断、以及烧伤程度评估提供了新的手段。例如，通过太赫兹成像可以观察到癌变组织与正常组织之间含水量的差异，实现早期诊断。 太赫兹通信：下一代高速无线传输 随着信息技术的飞速发展，对数据传输速率的需求日益增长。太赫兹频段具有极大的带宽资源，有望实现超高速度的无线通信。 超高数据速率： 太赫兹频段的巨大带宽能够支持Tbps（每秒太比特）级别的数据传输，这远超目前微波和毫米波通信的能力，为未来的6G甚至更高级别的无线通信奠定基础。 定向传输与安全性： 太赫兹波的指向性强，易于形成定向传输，这有助于减少信号干扰，提高通信的安全性。同时，其较短的传输距离也限制了信号的泄露范围。 潜在应用： 超高带宽的太赫兹通信有望应用于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、高清视频流、以及大规模数据中心之间的互联互通，彻底改变人们的生活和工作方式。 太赫兹光谱与化学、生物学研究 太赫兹光谱因其能够探测到物质的独特分子振动和转动信息，在化学和生物学研究中扮演着越来越重要的角色。 药物研发与质量控制： 太赫兹光谱可以用于鉴别药物的晶型，研究药物的溶剂化过程，以及检测药物的降解产物，从而确保药物的稳定性和疗效。不同晶型的药物在THz谱上表现出不同的特征峰，这对于药物的专利保护和生产控制至关重要。 生物分子相互作用研究： 通过太赫兹光谱，可以研究蛋白质、核酸等生物大分子的构象变化，以及它们与小分子（如药物）的结合动力学。例如，研究蛋白质折叠过程中的构象变化，或者药物分子与靶蛋白的结合模式。 食品安全检测： 太赫兹光谱能够穿透包装材料，快速检测食品中的添加剂、污染物、以及真伪，为食品安全提供了新的检测手段。 太赫兹技术面临的挑战与未来展望 尽管太赫兹技术展现出巨大的潜力，但其发展仍面临一些挑战： 太赫兹源的效率和功率： 提高太赫兹源的效率和输出功率，是实现远距离传输和复杂应用的关键。 太赫兹器件的集成与小型化： 将太赫兹系统集成到小型化、低成本的器件中，是实现其大规模商业化应用的前提。 传输损耗： 太赫兹波在空气中存在一定的传输损耗，特别是在潮湿环境中，水分子的强吸收会显著衰减信号。这限制了太赫兹通信的应用距离。 标准与法规： 随着技术的成熟，相关的国际标准和法规的建立也将成为推动其发展的重要因素。 未来，随着科学技术的不断进步，太赫兹技术有望在各个领域迎来突破性的发展。我们期待看到更高效、更小型化的太赫兹器件，更强大的太赫兹成像和通信系统，以及更广泛的在科学研究和国民经济中的应用。太赫兹波，这一介于微波和红外之间的“电磁波盲区”，正在逐渐被揭开其神秘面纱，并有望成为驱动下一代技术革命的关键力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和字体选择，透露出一种严肃的学术气息，但阅读体验却出乎意料地流畅。它不像某些专业书籍那样，动辄就抛出一大段公式，让人感觉像是在啃一块坚硬的数学“石头”。相反，作者似乎很擅长“讲故事”，用非常形象的比喻来解释那些抽象的物理概念。比如，书中描述纳米结构中的等离激元共振时，那种类比于水面涟漪的描述，一下子就让原本晦涩的电磁耦合问题变得生动起来。我特别欣赏其中对于“尺寸效应”的探讨。在宏观世界，我们习惯了材料性质的稳定，但在纳米尺度下，边界条件变得空前重要。书中详尽地分析了不同尺寸的量子点、纳米线阵列，其对特定频率太赫兹波的响应差异，这种细致的对比，对于理解如何“定制”材料特性来适应特定的太赫兹应用至关重要。它让我开始重新思考，我们对“半导体”这个概念的理解，在面对维度降至个位数纳米时，到底需要修正多少。这种深入骨髓的材料物理洞察，是这本书给我最大的惊喜之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排，尤其是对不同类型半导体纳米材料的分类讨论，体现了作者对该领域全景的把握。它不仅仅局限于传统的硅基或III-V族半导体，而是将目光投向了那些新兴的二维材料，比如过渡金属硫化物（TMDs）的纳米片。在这些二维材料中，面内和面外的电学特性存在着巨大的各向异性，这使得它们与太赫兹场的耦合方式变得异常复杂且有趣。书中对这些材料在不同温度下的声子散射机制如何影响太赫兹吸收峰的展宽和移动，进行了非常细致的分析。这种跨越不同材料体系的普适性讨论，避免了将研究局限在单一体系的弊端。读完这部分，我感觉自己对于如何选择和设计下一代太赫兹器件的材料平台，有了一个更广阔的视野。它不再是简单地罗列数据，而是在引导读者去思考，不同的晶体结构和原子排列，如何根本性地重塑材料的电磁响应。

评分☆☆☆☆☆

这部书的封面设计倒是挺有意思的，那种深邃的蓝色调，配上一些抽象的几何图形，隐约能感受到一种前沿科技的冰冷与精准。我当时拿起它，主要是冲着这个领域的好奇心去的。毕竟，太赫兹（THz）频段一直被认为是电磁波谱中“遗失的波段”，它连接了微波和红外，有着巨大的应用潜力，但研究起来也相当棘手。我本以为这本书会像很多教科书那样，从基础的麦克斯韦方程组讲起，然后逐步深入到材料的宏观响应。然而，当我翻阅目录时，发现它似乎更注重于一种“自下而上”的视角，聚焦于纳米尺度下的量子效应和界面现象。这让我有些意外，也带来了新鲜感。通常，这类书籍要么过于理论化，堆砌着复杂的数学推导，让人望而却步；要么又过于工程化，只停留在应用层面而缺乏对物理机制的深入挖掘。这本书的叙事节奏似乎在寻找一个微妙的平衡点，试图用一种更直观的方式去描绘那些在纳米尺度下，电子和晶格振动如何被太赫兹场精确调控的过程。我对它能否成功地将量子力学的精妙与实际材料的复杂性结合起来，保持着一种审慎的期待。特别是关于界面缺陷对太赫兹吸收和透射的影响，那可是决定实际器件性能的关键因素。

评分☆☆☆☆☆

整本书的论述风格，有一种潜移默化的引导性，它似乎总是在暗示读者，当前的知识体系存在哪些尚未被充分探索的“暗区”。在讨论太赫兹波与纳米材料的相互作用时，作者非常注重引入“局域场增强”的概念，并详尽分析了如何通过优化纳米结构的几何形状，比如改变锥度和间距，来实现对特定太赫兹频率的极致耦合。这部分内容与其说是理论介绍，不如说更像是一本高手之间的“工程心法”。它不像教科书那样提供标准答案，而是提供了一套解决问题的思维框架——如何将电磁理论、材料科学和纳米加工技术无缝衔接地结合起来。对于那些希望将研究成果转化为实际原型器件的研究人员来说，这种注重“可操作性”和“优化路径”的讨论，其价值甚至超过了纯粹的基础物理推导。这本书的深度和广度，让人在合上书本后，仍能感受到思维被持续激发的状态，迫不及待地想回到实验室去验证书中的某些大胆猜想。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，在开始阅读之前，我对于“沈韬”这个名字在半导体物理领域的名气并不十分熟悉，但这不妨碍我对书籍内容的判断。这本书给我留下的最深刻印象是其对实验观测与理论模拟之间鸿沟的填补尝试。太赫兹波段的测量本身就极具挑战性，信噪比、样品制备的均匀性都是大问题。这本书在描述实验结果时，并没有回避这些技术难点，而是坦诚地指出了当前技术的局限性，并借此引出了更先进的理论模型需求。特别是关于非线性效应的部分，当太赫兹场足够强时，材料内部的载流子输运不再是线性的欧姆行为，这种高场下的动力学行为，书中通过引入时间分辨的模拟方法进行了深入探讨。我感觉作者在这部分内容的处理上，展现了极高的科研敏感度，没有停留在表面化的描述，而是试图穿透现象，触及背后的基本物理机制。这种既脚踏实地观察现象，又大胆尝试构建新模型的态度，是真正有价值的学术探索的标志。