Quantum Coherence in Solid State Systems pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:IOS Press,US

作者:Deveaud-pledran, B. (EDT)/ Quattropani, A. (EDT)/ Schwendimann, P. (EDT)

出品人:

頁數:550

译者:

出版時間:2009-09

價格:2399.00 元

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9781607500391

叢書系列:

圖書標籤:

• 量子相乾性
• 固態係統
• 量子物理
• 凝聚態物理
• 量子信息
• 自鏇物理
• 超導
• 拓撲物態
• 量子器件
• 材料科學

固體係統中的量子相乾性：本書概述 本書主題： 深入探討固體材料中量子相乾性的物理學原理、實驗觀測及其在先進技術中的應用潛力。 目標讀者： 本書麵嚮對凝聚態物理學、量子信息科學有濃厚興趣的研究生、博士後研究人員以及緻力於固態量子器件開發的工程師和科學傢。具備紮實的量子力學基礎和固體物理學知識的讀者將能最大程度地獲益。 --- 第一部分：量子相乾性的基本理論與微觀描述 本書開篇構建瞭理解固體係統中量子現象的理論框架。我們首先迴顧非相對論量子力學中對相乾性的定義，特彆是波函數疊加原理在描述多粒子係統中的意義。 第一章：量子相乾性的概念重述與物理圖像 本章詳細闡述瞭量子相乾性在物理學中的核心地位，區分瞭宏觀相乾性（如激光）與微觀相乾性（如電子波函數在晶格中的傳播）。我們著重討論瞭相乾時間 ($ au_c$) 和相乾長度 ($l_c$) 這兩個關鍵參數的物理意義及其量綱分析。內容涵蓋瞭密度矩陣形式下的相乾性判據——非對角元（Off-diagonal elements）的演化，以及退相乾（Decoherence）過程的初步引入。 第二章：固態環境下的相互作用 固體環境的復雜性是研究量子相乾性的主要挑戰。本章聚焦於電子（或準粒子，如激子、極化激元）與晶格振動（聲子）、缺陷、雜質以及電子-電子相互作用之間的耦閤機製。 電子-聲子耦閤： 詳細分析瞭德拜模型和強耦閤極限下的相互作用哈密頓量。重點討論瞭聲子散射導緻的相乾性損失，包括彈性散射和非彈性散射的貢獻。 雜質與缺陷散射： 考察瞭由於晶格不完美性引起的勢能波動，如何通過洛倫茲散射或費米黃金定則來調製相乾壽命。 多體效應的初步探討： 簡要介紹瞭在強關聯體係中，電子之間的庫侖相互作用如何修改有效相乾時間的概念，為後續的強關聯係統分析做鋪墊。 第三章：量子輸運與相乾性 量子相乾性在描述電荷或能量在固體中的傳輸時至關重要。本章將量子輸運理論與相乾性概念相結閤。 玻恩近似與玻爾茲曼輸運方程的局限性： 闡述瞭經典和半經典輸運模型為何無法描述弱局域化（Weak Localization）等量子乾涉效應。 相乾電子傳輸模型： 深入探討瞭乾涉項在電導率中的貢獻，特彆是彈性散射路徑中因時間反演對稱性導緻的負磁阻效應（Weak Anti-localization的引入也作為對比）。 久期時間與相乾性： 討論瞭久期時間（Transit Time）與相乾時間的關聯，解釋瞭在納米尺度器件中，相乾性如何決定器件的開/關比和速度限製。 --- 第二部分：特定固體係統中的相乾現象 本書的第二部分將理論應用於幾種具有代錶性的固體材料體係，展示瞭相乾性在不同物理背景下的具體錶現。 第四章：半導體異質結與二維材料 在低維結構中，量子限製效應顯著增強瞭相乾現象的可觀測性。 量子阱與量子點： 分析瞭尺寸量子化如何影響電子態的簡並性和隧穿勢壘處的相乾耦閤。重點討論瞭在量子點中實現長壽命的光學相乾性（如激子相乾性）的條件。 石墨烯與過渡金屬硫族化閤物 (TMDs)： 聚焦於這些二維材料的獨特電子結構（如狄拉剋錐或強自鏇軌道耦閤），以及這些特性如何影響電子和自鏇的相乾行為。討論瞭“山地效應”在維持高電子相乾性方麵的作用。 第五章：超導材料與相乾性 超導態本質上是一種宏觀量子相乾態。本章探討瞭電子對（庫珀對）的相乾性及其在非傳統超導體中的體現。 BCS理論與相乾長度： 迴顧瞭超導序參量 $Delta$ 與相乾長度 $xi$ 的關係，解釋瞭 $xi$ 如何定義瞭材料中宏觀相乾性的空間範圍。 非傳統超導體中的相乾性問題： 討論瞭高溫超導體中，由於電子配對機製復雜和存在短程關聯，導緻相乾長度遠小於傳統BCS材料的現象，並探討瞭這與$d$-波對稱性的聯係。 Josephson結與相乾隧道： 分析瞭Josephson效應的本質——兩個超導體的費米麵之間的相位差，這是宏觀尺度上量子相乾性的直接體現。 第六章：磁性係統與自鏇相乾性 磁性材料中，電子的自鏇自由度提供瞭另一重要的相乾載體。 磁振子（Magnons）的相乾性： 探討瞭在反鐵磁體和鐵磁體中，激發態——磁振子——如何錶現齣長程相乾性。通過微擾理論分析瞭磁振子與電子/聲子的耦閤對自鏇波譜的影響。 自鏇弛豫與相乾時間： 詳細研究瞭自鏇在固體中如何弛豫（如通過超精細相互作用或軌道耦閤），以及如何通過電子自鏇共振（ESR）技術測量自鏇相乾時間 $T_2$。 --- 第三部分：實驗錶徵技術與前沿應用 本書最後一部分聚焦於如何實驗性地探測和利用固體係統中的量子相乾性，並展望其在下一代技術中的潛力。 第七章：相乾性測量的關鍵光譜技術 精確測量相乾時間是理解和優化量子器件的基礎。本章係統介紹瞭用於探測相乾性的先進實驗方法。 瞬態吸收光譜 (TAS) 與時間分辨光電子能譜 (TR-ARPES)： 解釋瞭如何利用飛秒激光脈衝激發係統，並通過測量其隨時間演化的動力學來反演相乾壽命。重點討論瞭對自由載流子相乾性的提取方法。 超快電子衍射與散射技術： 介紹如何利用電子束的波粒二象性，直接觀測晶格振動與電子波包的耦閤動力學，從而解析相乾性退化的微觀機製。 核磁共振 (NMR) 與光學拉曼散射： 在特定體係中，這些技術提供瞭探測核自鏇或聲子相乾性的獨特窗口。 第八章：固體中的量子信息存儲與操控 相乾性是實現可靠量子計算和存儲的前提。本章探討瞭如何選擇和設計具有長相乾時間的固態量子比特。 色心與單光子源： 深入分析瞭金剛石中的氮-空位（NV）色心、矽空位（SiV）等在半導體基質中實現長壽命電子自鏇相乾性的物理基礎（例如，通過屏蔽核自鏇環境）。討論瞭如何利用這些中心發射高質量的單光子，以及光子與固體比特之間的相乾接口。 拓撲量子比特的相乾性挑戰： 簡要討論瞭在分數霍爾效應邊緣態或 Majorana 費米子中，如何利用拓撲保護機製來天然地抵抗局部退相乾的威脅。 第九章：結論與展望：邁嚮室溫相乾控製 本章總結瞭固體係統中相乾性研究的主要進展，並指齣瞭當前麵臨的根本性難題和未來的研究方嚮。重點討論瞭以下前沿課題： 如何通過人工設計材料結構（如超晶格或晶體生長優化）來最小化環境噪聲耦閤。 新型量子材料，如拓撲絕緣體或拓撲超導體，如何提供內在的相乾保護機製。 實現從微秒到毫秒量級的電子或自鏇相乾時間在室溫下的穩定可重復的演示。 本書力求提供一個全麵、深入且富有洞察力的視角，引導讀者理解和駕馭固體係統這一復雜而迷人的量子現象的中心——相乾性。

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坦白說，當我在書架上看到《Quantum Coherence in Solid State Systems》時，我並沒有立刻把它和我日常的閱讀習慣聯係起來。我通常更偏愛那些情節跌宕起伏的小說，或者引人深思的哲學著作。然而，這次我被這個書名所吸引，因為它暗示著一種我從未深入探索過的領域——一個將物理學最精妙的理論與我們日常生活中最普遍的物質形態相結閤的領域。我很好奇，作者是如何將“量子相乾性”這樣一個聽起來相當抽象的概念，與“固態係統”這樣具體、可見的物體聯係起來的。這本書是否能夠通過生動形象的比喻，或者精心設計的實驗案例，來解釋量子相乾性在諸如超導體、半導體或者磁性材料中的具體錶現？我希望它能像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿越復雜的數學公式和理論模型，直觀地理解量子相乾性如何在材料的微觀結構中孕育，又是如何影響宏觀的物理性質的。我對書中可能包含的那些關於量子糾纏、疊加態如何在固態係統中存在的解釋尤為期待，希望能以此打破我對經典物理的固有認知，感受量子世界的奇妙之處。

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《Quantum Coherence in Solid State Systems》這個書名，一下就激發瞭我對物理學領域某個特定方嚮的濃厚興趣。我一直認為，理解微觀世界的量子規律，是深入認識和改造宏觀世界的基礎。而“量子相乾性”，這個詞本身就帶著一種神秘而強大的力量感，似乎預示著某種超越日常經驗的奇妙現象。當我把它和“固態係統”聯係起來的時候，我的好奇心更是達到瞭頂點。我非常想知道，在那些構成我們身邊世界的固體材料中，究竟是如何實現和維持量子相乾性的？這本書是否能夠以一種清晰且具有啓發性的方式，為我闡釋量子相乾性的物理機製？我期待它能夠帶領我深入到固態材料的微觀層麵，去理解電子、原子核等微觀粒子的量子行為，以及它們是如何協同作用，形成一種非同尋常的“相乾”狀態。我希望這本書能夠讓我明白，量子相乾性是如何影響甚至決定瞭諸如超導、磁性、光電轉換等一係列重要的固態物理現象的，並且能夠從中獲得對未來科技發展的深刻洞察。

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翻開《Quantum Coherence in Solid State Systems》這本書，我首先被它那充滿科學嚴謹感的書名所吸引。我一直對那些能夠解釋世界萬物底層運行規律的學科感到著迷，而量子物理無疑是其中最令人神往的部分之一。將量子相乾性這個概念置於“固態係統”的語境下，更是讓我覺得充滿瞭探索的價值。在我看來，固態係統是我們日常生活中最直接、最普遍的物質形態，而量子相乾性則代錶著量子世界中最奇妙、最反直覺的現象之一。我非常好奇，這本書是如何將這兩者巧妙地聯係在一起的。它是否會深入探討，在諸如晶體、金屬等固態材料內部，原子和電子是如何以一種超越經典力學的方式進行相互作用，從而産生量子相乾性的？我期待書中能夠清晰地闡述量子相乾性在固態係統中的具體錶現形式，以及它對材料宏觀性質産生的深遠影響。我希望通過閱讀這本書，能夠窺見量子世界在宏觀物質層麵的優雅展現，理解那些隱藏在看似平凡材料背後的非凡物理原理。

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作為一名對物理學抱有濃厚興趣的非專業人士，《Quantum Coherence in Solid State Systems》這個書名，讓我腦海中立刻浮現齣一些科學紀錄片中的畫麵——那些閃爍著奇特光芒的材料，以及科學傢們在實驗室裏小心翼翼操作的場景。我對“量子相乾性”這個詞感到既好奇又有些畏懼，因為它聽起來像是屬於那些高深的理論物理學傢的領域。然而，我更希望這本書能夠以一種更加平易近人的方式來解讀這個概念，讓像我這樣的讀者也能從中受益。我期待書中能夠用通俗易懂的語言，解釋量子相乾性究竟是什麼，它與我們熟悉的經典現象有何本質區彆。同時，我也非常好奇，在固態係統中，量子相乾性是如何被維持的？是什麼因素會破壞它？書中是否會討論一些實際的例子，比如激光的工作原理，或者一些新型材料的奇特性質，是如何與量子相乾性息息相關的？我希望這本書能夠像一位耐心的老師，引導我一步步走近量子世界的奧秘，並讓我明白，即便是最基礎的物質，也蘊含著如此令人驚嘆的量子規律。

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這本書的書名《Quantum Coherence in Solid State Systems》本身就勾起瞭我極大的好奇心。我一直對宏觀世界中的量子現象著迷，而固態係統作為我們最熟悉的物質形態，卻蘊藏著如此深邃的量子奧秘，這實在令人難以置信。想象一下，在構成我們身邊一切事物的材料內部，那些構成原子的電子和原子核，它們竟然能以一種超越經典物理學理解的方式，協同運作，形成一種“相乾”的狀態，這簡直就是科幻小說般的場景。我期待這本書能夠以一種清晰、引人入勝的方式，為我揭示固態係統中量子相乾性的物理原理。我希望它能讓我理解，究竟是什麼樣的條件，纔能讓如此微觀的量子效應在宏觀的材料中得以體現，甚至被我們所操控。書中是否會涉及量子計算、量子傳感等前沿應用，也是我非常感興趣的一點。畢竟，理解基礎原理的最終目的，是為瞭更好地利用它來改造世界。我渴望在這本書中找到答案，將抽象的量子概念與我們觸手可及的物質世界聯係起來，體驗一次智識上的震撼之旅。

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