A Guide to Experiments in Quantum Optics

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出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Bachor, H. A./ Ralph, Timothy C.
出品人:
页数:434
译者:
出版时间:2004-4
价格:970.00元
装帧:Pap
isbn号码:9783527403936
丛书系列:
图书标签:
  • 量子光学
  • 物理
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具体描述

This revised and broadened second edition provides readers with an insight into this fascinating world and future technology in quantum optics. Alongside classical and quantum-mechanical models, the authors focus on important and current experimental techniques in quantum optics to provide an understanding of light, photons and laserbeams. In a comprehensible and lucid style, the book conveys the theoretical background indispensable for an understanding of actual experiments using photons. It covers basic modern optical components and procedures in detail, leading to experiments such as the generation of squeezed and entangled laserbeams, the test and applications of the quantum properties of single photons, and the use of light for quantum information experiments.

凝聚态物理的非凡之旅:从基本原理到前沿应用 一本深入探索凝聚态物理世界,全面涵盖材料特性、量子现象与现代技术的权威著作。 本书旨在为物理学、材料科学、化学以及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供一个结构清晰、内容详实的学习资源,用以理解和掌握凝聚态物理学的核心概念、实验方法及其在尖端技术中的广泛应用。我们不再关注光量子领域,而是将目光聚焦于物质在宏观尺度下的集体行为,探究原子、电子及晶格振动如何协同作用,产生出令人惊叹的宏观物理性质。 第一部分:基础与结构——构建理解的基石 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础,介绍研究凝聚态系统的必要工具和基本模型。 第一章:晶体结构与电子理论的交汇 本章从晶体学的基本对称性原理出发,系统阐述布拉维点阵、晶体群以及倒易空间的概念。重点深入讨论布拉格衍射在确定晶体结构中的核心作用,并引入X射线、中子和电子衍射作为主要的实验技术。 随后,我们将转向固体内部的电子行为。重点讲解能带理论的建立过程,包括紧束缚近似(Tight-Binding Approximation)和近自由电子模型。通过理解费米能级、布洛赫定理和电子的周期性势场,读者将能够解释金属、半导体和绝缘体之间电学性质的根本区别。此外,本章还将详细介绍晶格振动——声子的量子化概念,它们作为热量和能量传递的载体,在材料的热力学性质中扮演的关键角色。 第二章:集体激发与热力学性质 本章深入研究凝聚态系统中的集体激发模式。除了声子,我们还将探讨电子的集体行为,特别是准粒子的概念。通过费米液体理论的视角,我们理解在复杂相互作用下,电子如何退化为有效质量和寿命的准粒子,从而简化对许多金属和3He液体的描述。 热力学性质的讨论将围绕晶格热容展开。从爱因斯坦模型到德拜模型,我们将详尽推导不同温度下的热容随温度变化的规律,并结合实验数据进行对比分析。此外,还会涉及磁性物质中的热力学涨落和相变理论的基础。 第二部分:电子的相互作用与磁性现象 凝聚态物理的魅力在于电子间的复杂关联。本部分集中于描述和解释电子的相互作用如何导致宏观层面的磁性、导电性异常以及相变。 第三章:磁性材料的微观机制 本章系统地分类和解析各种磁性现象。从朗之万顺磁理论到居里-外斯定律,我们逐步构建对磁性的理解。重点分析铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的起源,并引入海森堡模型(Heisenberg Model)来描述原子间自旋的交换相互作用(Exchange Interaction)。 更进一步,本章将深入探讨磁畴结构、磁致伸缩效应以及磁滞回线的形成机理。对于更复杂的系统,如磁性玻璃和随机磁性,我们将讨论无序对磁有序的破坏效应。现代技术中使用的磁性存储材料(如MRAM)中的关键物理原理也将被引入。 第四章:电输运的非理想世界 虽然能带理论描述了理想晶格中的电子运动,但实际材料中充满了缺陷、杂质和晶格振动,这些因素极大地影响了电输运特性。本章侧重于研究电阻率、霍尔效应和热电效应。 我们将详细分析电子散射的各种机制,包括电子-声子散射(决定了低温和高温下的电阻率温度依赖性)和杂质散射。对霍尔效应的深入分析,使得我们能够确定材料中的载流子浓度和类型,这是半导体物理和材料表征中的核心工具。最后,本章将介绍塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆孙效应,并讨论热电材料的性能优化,即ZT值的提升策略。 第三部分:拓扑与新型量子物质态 近几十年来,凝聚态物理最大的突破之一是拓扑概念的引入。本部分将带领读者探索那些不依赖于局部细节,而是由整体对称性和拓扑不变量决定的奇特物质态。 第五章:超导现象的量子之舞 超导性作为宏观量子现象的典范,是本部分的核心内容。本章首先回顾宏观现象,如零电阻和迈斯纳效应,并引入伦敦方程和阿列克谢耶夫-吉因茨堡(Ginzburg-Landau, GL)唯象理论。 随后,我们将聚焦于BCS理论。详细推导超导能隙的产生机制,解释库珀对(Cooper Pairs)的形成,以及声子在低能超导中的中介作用。本章还会区分I型和II型超导体,并讨论涡旋动力学(Vortex Dynamics),这对理解高温超导体(HTS)的电流承载能力至关重要。 第六章:拓扑材料的对称性保护 本章是本书的前沿部分,全面介绍拓扑绝缘体(TIs)和拓扑半金属的物理概念。我们将阐释时间反演对称性在保护拓扑边界态中的关键作用。 重点介绍拓扑不变量(如Chern数或Z2不变量)如何区分拓扑平凡态和拓扑非平凡态。读者将学习如何利用狄拉克方程和自旋轨道耦合(SOC)来理解具有受保护的线性色散关系的表面态。我们还将讨论量子霍尔效应(QHE)及其分数效应(FQHE)的拓扑内涵,以及如何通过实验手段(如角分辨光电子谱,ARPES)观测到拓扑边界态。 第四部分:实验技术与现代材料体系 本部分将理论与实践相结合,介绍用于表征凝聚态材料的关键实验技术,并探讨处于研究前沿的新兴材料系统。 第七章:极端条件下的探测 深入介绍凝聚态物理研究中不可或缺的“三高”技术:高压、低温和强磁场。 低温物理学:从液氦制冷到稀释制冷机,理解如何达到微开尔文级别,以揭示量子临界现象和热力学涨落的最小影响。 高压技术:阐述金刚石对顶砧(DAC)技术,以及高压如何驱动材料进入新的结构和电子态,例如对氢化物超导体的探索。 强磁场:讨论脉冲磁场和稳态磁场在激发和稳定特定电子态中的作用,例如在量子霍尔效应测量中的应用。 第八章:二维材料与自旋电子学 本章关注当前最热门的材料研究领域——二维(2D)材料和自旋电子学。 石墨烯及其衍生物:详细介绍石墨烯的独特狄拉克锥能带结构,及其在超高电子迁移率和独特光电响应中的体现。同时讨论过渡金属硫族化合物(TMDs)如 $ ext{MoS}_2$ 和 $ ext{WSe}_2$ 的层依赖性电子结构。 自旋电子学:区别于传统电子学,本领域利用电子的自旋自由度进行信息存储和处理。本章分析自旋轨道矩(SOC)效应,如Rashba效应,以及自旋泵浦(Spin Pumping)和自旋转移矩(STT)等概念,这些都是开发低功耗自旋器件的基础。 本书结构严谨,从微观粒子运动到宏观集体现象,从经典模型到前沿拓扑理论,为读者提供了一个全面而深入的凝聚态物理图景,使之能够自信地驾驭复杂的物理问题,并为未来的科学探索奠定坚实基础。

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读后感

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用户评价

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从文献引用的角度来看,这本书展现了作者深厚的学术积累和广阔的知识视野。它并非仅仅停留在经典理论的复述上,而是敏锐地捕捉到了该领域最前沿的一些发展动态和关键的里程碑事件。我注意到,书中的引文来源覆盖了从早期的奠基性论文到近年来顶尖期刊上发表的最新成果,这使得内容既有历史的深度,又不失时代的鲜活。对于希望全面了解一个研究领域全貌的读者而言,这本书无疑提供了一个极佳的“路线图”。通过这些精确的引用,读者可以进一步深入挖掘特定的研究方向,这本书成功地充当了一个高质量的知识导航仪,指引我们走向更专业、更细分的学术深水区。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,那种略带复古的深蓝色封皮,配上烫金的字体,拿在手里沉甸甸的,很有分量感。光是看着它安静地躺在书架上,就仿佛能感受到一种历史的厚重和知识的沉淀。内页的纸张选择也很考究,不是那种泛白的廉价纸张,而是略带米黄色的环保纸,即便是长时间阅读,眼睛也不会感到疲劳。排版布局也十分合理,行距和字号的控制拿捏得恰到好处,既保证了阅读的舒适度,又不显得过于疏松。特别是章节标题和正文之间的过渡处理,非常自然流畅,让人在知识的海洋中航行时,总能找到清晰的航标。这种对书籍物理形态的重视,无疑提升了阅读的整体体验,让人愿意花更多时间去亲近它,去探索其中蕴含的奥秘。

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这本书的实用价值是毋庸置疑的。我个人尤其关注它在实验细节描述上的严谨性。在很多类似的科普或教学书籍中,往往会一带而过实验中的“脏活累活”——那些实际操作中经常遇到的、耗费大量时间的优化和调试过程。然而,这本书似乎没有回避这些“不完美”的环节,反而用一种近乎坦诚的口吻,描述了构建一个可靠光学实验平台所必须经历的反复磨合与试错过程。这种真实性,对于正在着手搭建自己实验台的研究生来说,简直是无价之宝。它不仅告诉我们“应该怎么做”,更重要的是,它隐晦地传递了“在实际操作中可能会遇到什么难题,以及如何保持耐心去解决它们”的态度。

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我是在寻找一些关于现代物理实验的综合性参考资料时偶然接触到这本著作的。它给我的第一印象是其内容覆盖的广度和深度都超出了我的预期。书中对基础概念的阐释非常到位,即便是对于那些初次接触该领域的新手,也能提供一个坚实的概念框架。作者似乎非常擅长将复杂的物理原理,通过一系列精巧的比喻和逻辑递进的方式呈现出来,使得那些原本抽象难懂的部分,变得触手可及。我特别欣赏它在理论与实际操作之间的平衡感,它不仅仅是罗列公式,更是巧妙地引导读者思考“为什么”以及“如何实现”。这种深入浅出的叙事风格,对于我这种需要将理论知识应用于实际研究工作的人来说,无疑是极大的助力。

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翻阅这本书的过程中,我有一个非常强烈的感受,那就是作者在编撰时倾注了极大的心血来确保内容的连贯性和逻辑性。每一个章节的衔接都像是精心编排的乐章,前一个知识点为后一个知识点做了充分的铺垫,使得整个知识体系构建得极为稳固。举个例子,在讨论某个关键实验技术时,作者没有急于展示复杂的仪器设置,而是先花了大量篇幅来回顾和巩固相关的光学背景知识,确保读者已经完全掌握了必要的前提条件。这种“慢工出细活”的写作态度,让我在阅读时几乎没有遇到需要“跳跃式思考”来弥补逻辑断层的情况,阅读体验极其顺滑和愉悦。

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