Diffusion in Condensed Matter pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Karger, Jorg 编

出品人:

页数:965

译者:

出版时间:

价格:$ 236.17

装帧:HRD

isbn号码:9783540200437

丛书系列:

图书标签:

扩散
凝聚态物理
物质科学
材料科学
传输现象
热力学
统计物理
固态物理
相变
非平衡态

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具体描述

Diffusion as the process of particle transport due to stochasticmovement is a phenomenon of crucial relevance for a largevariety of processes and materials. This comprehensive, handbook-style survey of diffusion in condensed matter gives detailedinsight into diffusion as the process of particle transport due tostochastic movement. Leading experts in the field describe in23 chapters the different aspects of diffusion, covering microscopicand macroscopic experimental techniques and exemplaryresults for various classes of solids, liquids and interfaces as well asseveral theoretical concepts and models. Students and scientistsin physics, chemistry, materials science, and biology will benefitfrom this detailed compilation.

凝聚态物质中的输运现象作者： [此处填写作者姓名，例如：张伟，李明] 出版社： [此处填写出版社名称，例如：科学出版社] 出版日期： [此处填写出版年份] --- 内容简介《凝聚态物质中的输运现象》一书旨在系统、深入地探讨凝聚态系统中电、热、磁等基本输运性质的微观机理及其宏观表现。本书立足于量子力学和统计物理学的基本原理，构建起一套从晶格振动到电子-电子、电子-声子相互作用的理论框架，详细阐述了如何运用这些理论工具来理解和预测材料在不同温度、电场和磁场条件下的响应行为。全书共分为十五章，结构清晰，逻辑严谨，理论推导详实，并辅以大量的实例分析和前沿研究方向的介绍。第一部分：基础理论与模型构建 (第1章 – 第4章) 第1章输运现象的经典回顾与量子基础本章首先回顾了电导率、热导率、热电系数等宏观输运系数的定义，并引入了基于涨落-耗散定理的早期理论框架。随后，重点阐述了描述凝聚态系统的量子统计力学基础，包括能带理论的引入、晶格的周期性势场对电子波函数的修正，以及有效质量概念的建立。对于具有复杂晶体结构的材料，本章讨论了布洛维格（Bloch）电子理论在线动量和能量守恒中的核心地位。第2章晶格动力学与声子理论声子是介导晶格振动和热输运的关键准粒子。本章从晶格振动的经典哈密顿量出发，通过正规模分析，推导出声子（晶格振动的量子化激发）的色散关系。详细讨论了声子的分类（声学支与光学支）及其在三维晶格中的态密度计算。核心内容在于声子间的散射机制，包括三声子过程（Umklapp和非Umklapp散射）和电子-声子耦合，这些是理解金属和半导体中热阻的微观基础。第3章玻尔兹曼输运方程的建立与应用玻尔兹曼输运方程（BTE）是连接微观散射机制与宏观输运系数的核心工具。本章详细推导了适用于电子和声子的BTE，并阐明了外场（电场、温度梯度）作为驱动项的引入方式。本章的重点在于弛豫时间近似（RTA）的引入与局限性分析，以及如何通过求解稳态或时变下的BTE来导出电导率和热导率的解析表达式。对动量空间中的积分和边界条件的设定进行了细致的讨论。第4章电子-声子相互作用及其对输运的影响电子与声子的相互作用是决定金属和半导体电导率与热导率的关键因素。本章深入探讨了电子-声子耦合的微观形式，特别是德鲁德模型中考虑声子散射后的电阻率随温度的变化规律（如$T^5$低温行为和线性高温行为的偏差）。此外，本章还涉及电子-声子散射对热电材料中塞贝克系数（Seebeck coefficient）的影响，为后续热电输运分析奠定基础。第二部分：电输运现象的深入分析 (第5章 – 第9章) 第5章金属中的电导率与杂质散射本章专注于纯金属和合金中的电子输运。在低温下，杂质和缺陷散射成为主导因素，本章运用玻恩近似和马蒂森（Matthiessen）定则来量化残余电阻。对于无序系统，则引入了局域化（Anderson localization）的概念，探讨了在强无序情况下电子波函数的行为及其对电导率的根本性影响。第6章半导体的输运特性半导体的关键在于费米能级的调控。本章详细分析了本征半导体、n型和p型掺杂半导体的载流子浓度分布，并讨论了离子化杂质散射、光学声子散射（高能散射）以及载流子之间相互散射对迁移率的综合影响。霍尔效应在本章中被用作确定载流子浓度和有效质量的实验工具。第7章量子输运现象：磁场效应当系统处于强磁场中时，电子的运动轨迹发生朗道化，导致量子化的输运现象。本章系统介绍了朗道能级结构，并详细分析了经典霍尔效应与量子霍尔效应（QHE）的物理差异。对整数量子霍尔效应中的拓扑不变量和分数量子霍尔效应中的多体效应进行了理论概述。第8章磁阻效应与散射机制磁阻（Magnetoresistance, MR）是材料在磁场中电阻变化的现象。本章区分了各向同性磁阻和各向异性磁阻，重点分析了正常磁阻（Lorentz力主导）和退耦磁阻（退耦电子轨道对散射率的影响）。在强磁场下，自旋极化效应引起的自旋电子输运（如巨磁阻GMR和隧道磁阻TMR）的物理基础也被引入。第9章热电输运：塞贝克、帕尔贴与焦耳效应本章专门研究能量和电荷的耦合输运。详细阐述了塞贝克系数（Seebeck coefficient）与材料能带结构、费米能级位置的关系。帕尔贴效应（Peltier effect）作为热泵效应，其系数与塞贝克系数之间的热力学关系被导出。输运系数的矩阵形式（矩阵形式的BTE解）被用于同时求解电导率、热导率和塞贝克系数，引出热电优值因子$ZT$的概念。第三部分：热输运与复杂系统 (第10章 – 第15章) 第10章纯晶格热导率：声子散射机制的精细分析在绝缘体中，热导完全由声子决定。本章聚焦于声子输运方程，系统分析了各种声子散射过程对热导率的影响：晶界散射（Kapitza电阻）、缺陷散射、以及主要的声子-声子散射（Umklapp过程）。对晶格热导率的温度依赖性，特别是低温下$kappa propto T^3$的物理起源进行了详细的推导和讨论。第11章电子热导率与维德曼-弗朗兹定律在良导体中，电子对热导的贡献不可忽略。本章导出洛伦兹数（Lorentz number）的概念，并验证了在高温极限下，电导率与电子热导率之间的维德曼-弗朗兹（Wiedemann-Franz）定律。讨论了电子-声子耦合对该定律的偏离，特别是在低温下，声子限制电子热流的机制。第12章弛豫时间与散射率的谱分解本章超越了单一弛豫时间的近似，引入了频率依赖的散射率$1/ au(omega)$。利用格林函数技术，可以更精确地计算出特定频率声子或电子对输运过程的贡献。这对于理解高频输运响应和共振现象至关重要。第13章介电常数与电极化输运虽然不直接涉及电荷的净输运，但介电响应是材料对外电场的动态响应。本章从极化率的宏观描述出发，推导出介电函数$epsilon(mathbf{q}, omega)$，并探讨了极化模式（如软模、铁电畴壁）如何影响材料的低频电导和噪声特性。第14章非平衡态输运与界面效应在纳米结构和异质结中，输运现象往往由界面和尺寸效应主导。本章讨论了当弛豫长度与结构尺寸相当或更小时，BTE需要如何修正以纳入边界条件。重点分析了界面处的能量和动量反射对热阻（Kapitza电阻）的增强作用，以及界面散射对量子点和纳米线上电荷输运的限制。第15章现代输运研究的前沿：拓扑材料与非线性效应本章对近年来新兴的输运研究领域进行了介绍。包括拓扑绝缘体中的表面态输运、磁性材料中的自旋霍尔效应（SHE）和反霍尔效应（AHE），以及在高电场下材料可能出现的非线性输运（如负微分电导）。这些内容旨在引导读者了解当前凝聚态物理研究的前沿方向。 --- 本书面向物理学、材料科学和电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生以及科研人员。要求读者具备扎实的量子力学和统计物理学基础。全书配有详细的数学推导和物理图像解释，旨在使读者不仅掌握输运现象的计算方法，更能深刻理解其背后的物理本质。