量子点纳米光子学及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

程成，程潇羽 著

图书标签:

• 量子点
• 纳米光子学
• 光子学
• 纳米材料
• 量子物理
• 半导体
• 发光材料
• 生物成像
• 太阳能电池
• 传感器

店铺： 蛋蛋图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030503787

商品编码：27465905160

包装：平装

出版时间：2018-03-01

基本信息

书名：量子点纳米光子学及应用

定价：135.00元

作者：程成,程潇羽

出版社：科学出版社

出版日期：2018-03-01

ISBN：9787030503787

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：128开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

---

内容提要

---

纳米光子学是研究纳米尺度光与物质相互作用的一门科学和技术，是近年来发展迅速的一个热门前沿领域。本书主要内容包括：量子点的基本概念和纳米光子学的基础理论；量子点的能级结构；量子点的制备和表征；量子点光谱；量子点的温度特性；光纤中的光传输；量子点光纤和光纤放大器；量子点光纤激光器；纳米光子学研究的几个热点领域及进展，如量子点太阳能电池、硅量子点、表面等离子激元光子学、单个等离子激元纳米粒子的光学特征、表面增强拉曼散射热点的超分辨成像等。

目录

---

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

凝聚态物理的宏大叙事：从晶格振动到拓扑绝缘体的演进 第一部分：晶格动力学与声子谱的精妙描绘 本书深入探讨了固体材料中原子排列与集体振动行为的内在关联，构建了理解材料宏观特性的微观基础。我们首先从经典弹性理论出发，逐步过渡到量子力学的框架下，对晶格的周期性结构进行精确描述。 1. 晶格振动的量子描述：声子概念的引入与建立 晶体中原子并非静止不动，而是以其平衡位置为中心进行微小振动。这些集体振动的量子化激发，即“声子”（Phonons），是热学、电学和光学性质的根本决定因素。本书详细阐述了如何通过对哈密顿量的微扰方法，将复杂的N体问题简化为一系列独立的谐振子模型。我们推导了色散关系 $ omega(mathbf{q}) $ 的普遍形式，区分了光学支与声学支，并解释了它们在不同波矢区域的行为差异。 2. 声子谱的实验测量与计算方法 理论模型必须与实验观测相结合。本章系统回顾了测量晶格振动模式的主要实验技术，重点剖析了非弹性中子散射（INS）和拉曼散射（Raman Spectroscopy）在确定声子密度（Phonon Density of States, PDOS）中的核心作用。在计算方法方面，我们详细介绍了密度泛函理论（DFT）框架下，使用有限差分法和线性响应理论计算声子频率和强度的标准流程，包括如何处理非谐和效应（Anharmonic Effects）对声子寿命的影响。 3. 热学性质的微观根源：热导率与比热 声子是晶体中热量传输的主要载体。本书深入分析了声子-声子散射（Umklapp and Normal processes）在限制晶格热导率中的决定性作用。基于玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation），我们推导了在不同温度区域（特别是德拜温度以下和以上）热导率 $ kappa(T) $ 的依赖关系。同时，我们重访了德拜模型和爱因斯坦模型的局限性，并展示了如何利用精确计算的PDOS来修正低温下的电子比热和晶格比热。 --- 第二部分：电子结构理论的深化与能带的构建 理解材料的电学和磁学特性，必须深入其电子结构。本部分聚焦于如何从薛定谔方程出发，构建起描述周期性势场中电子行为的能带理论，并探讨了能带结构如何决定材料的本质属性。 1. 从紧束缚到近自由电子模型 本书首先回顾了描述电子在周期性势场中运动的两个经典模型：布洛赫定理（Bloch’s Theorem）是理解电子在晶体中波函数形式的基石。在此基础上，我们对比了晶体场理论中的紧束缚（Tight-Binding, TB）模型，该模型在描述d/f轨道局域化方面具有优势，以及近自由电子模型（Nearly Free Electron Model），后者通过微扰方法解释了布拉菲面附近能带的打开。 2. 密度泛函理论（DFT）的实践与挑战 现代凝聚态物理计算的核心是DFT。我们详尽讨论了 Kohn-Sham 方程的建立，以及交换关联泛函（Exchange-Correlation Functional）的选择对计算结果的决定性影响。重点剖析了局部密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）在预测晶格常数、形成能和能带隙方面的成功与局限性。对于半导体和绝缘体能带计算中普遍存在的“能带隙低估”问题，我们探讨了利用后DFT方法（如GW近似）进行修正的必要性与技术细节。 3. 电子态密度与费米能级周围的行为 电子态密度（DOS）是连接微观电子结构与宏观电输运性质的关键桥梁。本书阐释了如何通过积分布里渊区内的电子波函数来计算总DOS，并区分了局部分布态密度（LDOS）。深入分析了费米能级（Fermi Level）附近电子态的特性，这直接决定了材料是导体、半导体还是绝缘体，以及其在外部电场下的响应机制。 --- 第三部分：电子输运与磁性现象的理论框架 在确立了晶格动力学和电子结构的基础后，本书转向研究电子在这些结构中输运的行为，并引入了电子间的相互作用——磁性。 1. 输运性质的玻尔兹曼方程方法 对于材料的直流电导率、霍尔系数和热电效应，玻尔兹曼输运方程（BTE）提供了一个半经典的有效描述框架。我们详细推导了弛豫时间近似（Relaxation Time Approximation, RTA）下的电导率张量表达式，并探讨了电子-声子散射、电子-杂质散射和电子-电子散射对弛豫时间的贡献。特别讨论了高阶输运现象，如磁阻效应的微观起源。 2. 关联效应与磁性材料的起源 电子间的库仑排斥是许多复杂物理现象的根源，特别是磁性。本书引入了Hubbard模型作为描述强关联电子体系的基本框架，解释了Mott绝缘体的物理图像，即电子之间的斥力压倒了由能带重叠带来的导电趋势。接着，我们分析了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的起源，基于平均场理论（Mean-Field Theory）和自旋波理论，阐述了长程有序磁矩的形成条件与特性。 3. 介电响应与光学性质 材料对电磁场的响应由其介电函数 $ epsilon(mathbf{q}, omega) $ 描述。我们通过线性响应理论，推导出Kubo公式，将其与电子跃迁的概率联系起来。重点分析了等离子振荡（Plasma Oscillations）的集体激发，以及在不同频率下，材料如何表现为透明（低频）、吸收（中间带隙）或反射（高频）。 --- 第四部分：拓扑材料的范式转变与新兴概念 本部分聚焦于近二十年来凝聚态物理的革命性进展——拓扑物理，它超越了传统的基于对称性的分类，引入了拓扑不变量的概念来描述物质的本征性质。 1. 拓扑不变量与能带拓扑 拓扑绝缘体（Topological Insulators, TIs）的核心在于其能带结构中蕴含的非平凡拓扑特性。本书解释了“拓扑不变量”（如Chern数或$Z_2$不变量）的数学构造，并阐明了这些不变量如何保证在表面或边缘必然存在受拓扑保护的、无能隙的边缘态。我们详细分析了时间反演对称性（Time-Reversal Symmetry, TRS）在二维和三维TI中的关键角色。 2. 狄拉克与外尔半金属 狄拉克（Dirac）和外尔（Weyl）费米子在凝聚态系统中被重新发现。本书区分了它们在晶体结构中的具体实现方式。对于狄拉克半金属，我们关注其在布里渊区中心附近线性色散的电子结构；而对于外尔半金属，我们强调了手性（Chirality）和非零拓扑荷的重要性，以及如何通过破缺时间反演对称性或空间反演对称性来实现外尔点。这些材料的独特之处在于其表面存在显著的“虫洞”连接，导致了特殊的磁输运响应。 3. 拓扑表面态的探测与应用潜力 拓扑材料的物理意义在于其表面的导电性与体态的绝缘性之间的鲜明对比。本书系统介绍了角分辨光电子能谱（ARPES）如何直接观测到拓扑保护的狄拉克锥或外尔锥，这是确认拓扑性质的最有力证据。讨论了拓扑材料在低功耗电子学和未来量子计算领域（如马约拉纳费米子）的潜在应用前景。 全书结构严谨，从描述原子尺度的基本运动，过渡到电子能级的构筑，再到宏观输运特性的解释，最终聚焦于当前前沿的拓扑物理学。内容聚焦于传统的凝聚态物理理论框架、计算方法以及近期的重大突破，旨在为读者提供一个全面而深入的、关于固体材料物理性质的理论图谱。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一次深入的思维漫步。我发现作者在阐述基本原理时，并非采用那种教科书式的、冷冰冰的罗列，而是像一位经验丰富的大师在娓娓道来，充满了洞察力与启发性。他总能找到一种奇妙的平衡点，既能保证科学的严谨性，又不失叙述的流畅性。特别是那些涉及到材料科学与量子力学交叉地带的章节，往往是其他书籍容易让人感到晦涩难懂的地方，但在这里，我仿佛能“看到”那些粒子是如何在特定的结构中表现出奇异特性的。作者对历史脉络的梳理也做得非常到位，他没有回避早期理论中的一些弯路和争议，反而将这些探索的过程也展示出来，这使得整个知识体系的构建显得更加真实和立体，让我理解了科学发现并非一蹴而就的坦途，而是充满了反复试错与灵光乍现的复杂过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性远超我最初的预期，它绝不是一本只停留在理论层面空谈的“象牙塔”之作。我特别关注了其中关于器件制备与性能优化的部分，那里的内容简直可以作为高级实验室操作的手册来参考。作者没有满足于给出理想化的模型数据，而是深入探讨了真实世界中存在的各种限制和挑战，比如杂质对光发射效率的影响、界面能级的精确调控技术等等。这些“接地气”的分析，对于任何试图将理论转化为实际产品的工程师或研究人员来说，都是无价之宝。我甚至找到了一些关于特定新型半导体材料在特定工作波段下性能预测的独家算法描述，这在其他任何我接触过的综述性文献中都未曾见过，这无疑提升了这本书的专业壁垒和参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和设计给我留下了深刻的第一印象。封面那深邃的蓝色调，配上那种仿佛从微观世界中捕捉到的、闪烁着独特光芒的图形，一下子就抓住了我的眼球。这不仅仅是一本理工科的教科书，它更像是一件艺术品。拿到手里，厚重而扎实的质感，翻开内页，字体排版清晰得令人赞叹，图表的绘制更是精细入微，即便是复杂的物理模型，也能被展现得井井有条，让人在阅读时几乎感觉不到任何视觉上的疲劳。我尤其欣赏作者在理论推导过程中使用的那些精妙的插图，它们像是为那些抽象的数学公式量身定做的向导，让原本望而生畏的章节变得平易近见。这种对细节的极致追求，从纸张的选择到墨水的饱和度，都透露出出版方对这部作品的尊重，也让作为读者的我，在阅读的初期就建立了一种高度的期待感——期待着内里蕴含着与之匹配的知识深度。它放在我的书架上，本身就是一种视觉上的享受。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的，是它对未来应用前景的描绘，那部分内容充满了令人振奋的前瞻性。作者似乎拥有穿透当前技术瓶颈的远见，他不仅仅回顾了已有的成就，更着重描绘了下一代技术可能突破的方向。我看到了一些关于超高分辨率显示、新型生物传感乃至量子计算接口的构想，这些构想的提出，都建立在对现有物理极限的深刻理解之上，显得既大胆又审慎。阅读这些章节时，我甚至能感受到一股强大的驱动力，仿佛自己也站在了科学前沿，参与到这场未来的构建之中。它成功地将枯燥的物理知识与激动人心的科技愿景连接起来，让阅读体验从纯粹的学术钻研升华为对未来世界图景的憧憬与想象。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的深度要求读者必须具备一定的预备知识背景，它对读者的门槛是相当高的。我感觉自己像是一个登山者，在攀登过程中，有好几次险些被那些深奥的数学推导和复杂的半导体物理模型所困住。它需要你停下来，反复咀嚼每一个公式背后的物理意义，甚至需要去查阅一些相关的背景文献才能完全跟上作者的思路。然而，正是这种挑战性，才使得每一次成功理解后的豁然开朗变得格外有价值。它不迎合初学者，而是直指核心，这对于那些想要在相关领域深耕的硕士或博士研究生来说，无疑是最好的“磨刀石”。它强迫你思考，而不是被动接受信息，这一点，对于培养独立科研能力至关重要。