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

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出版者:

作者:Barber, Enrique Macia

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:

价格:1221.00元

装帧:

isbn号码:9781420068276

丛书系列:

图书标签:

Condensed Matter Physics
Aperiodic Order
Quasicrystals
Phason
Higher-Dimensional Structures
Diffraction
Non-Crystallinity
Materials Science
Solid State Physics
Mathematical Physics

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具体描述

凝聚态物质中的周期性与非周期性结构：一种跨学科的深入探讨书籍名称：凝聚态物质中的周期性与非周期性结构图书简介：本书旨在为凝聚态物理学、材料科学、固体物理学以及相关交叉学科的研究人员、高级本科生和研究生提供一个关于凝聚态物质中原子和电子结构复杂性的全面而深入的视角。本书的核心在于系统地梳理和阐释晶体周期性结构（Crystalline Periodic Structures）的经典理论框架，并在此基础上，重点探讨非周期性结构（Aperiodic Structures）这一新兴且极具挑战性的研究领域。我们摒弃了仅关注理想晶格的传统叙事，转而深入分析自然界和人工合成材料中普遍存在的、由非整数维度的对称性、结构缺陷、无序性或长程有序缺乏所定义的复杂结构。本书的结构设计旨在构建一个逻辑清晰、层层递进的学习路径。第一部分首先回顾了凝聚态物理的基石——布拉维晶格理论、倒易空间概念以及周期性势场下的电子能带理论。我们详细讨论了施温格-克罗尼格（Kronig-Penney）模型、布洛赫定理（Bloch's Theorem）及其在描述完美晶体导电性、光学性质和声子谱中的关键作用。这一基础部分的严谨性确保读者能够扎实地掌握分析周期性系统的数学工具和物理直觉。然而，现实世界的材料很少是完美的周期结构。因此，本书的第二部分开始转向对结构缺陷与局域激发的讨论。我们详尽分析了点缺陷（如空位、间隙原子、取代杂质）、线缺陷（如位错）和面缺陷（如晶界）对材料宏观性质——尤其是机械性能、扩散过程和电荷输运——的决定性影响。通过引入局域轨道理论和弹性应力场分析，读者将理解缺陷如何打破长程周期性，并形成特定的能级或应力集中区域。本书的重点和创新性体现在第三部分和第四部分，这两部分致力于系统性地介绍和剖析非周期性结构的最新研究进展。第三部分：几何与对称性的扩展——拟晶体与类晶体本部分深入探讨了在传统空间群理论之外存在的、具有长程有序但缺乏平移对称性的奇异结构。我们首先介绍了准晶体（Quasicrystals），这是对彭罗斯（Penrose）密铺等概念的晶体学推广。书中不仅解释了其五重、十重甚至十二重旋转对称性的数学构造原理，还重点讨论了如何利用超空间理论（Superspace Theory）来描述其结构和电子性质。我们将分析准晶体独特的电子结构，例如其电子态的局域化或分数维度的输运特性，以及它们在热电材料和涂层技术中的潜在应用。紧接着，我们转向更广泛的类晶体（Almost Periodic Structures）概念，包括退火晶体（Commensurate and Incommensurate Superlattices）。通过傅里叶分解和散射实验（如X射线衍射和中子散射）中出现的“和（Sum）”或“差（Difference）”峰，读者将学会如何从实验数据中辨识和量化结构的不匹配程度。对于非公度超晶格，本书详细阐述了其法向投影方法，并探讨了这种结构导致的电子局域化（如Hubbard模型中的非周期调制）现象。第四部分：无序、玻璃态与局域化现象第四部分聚焦于原子位置或电子云分布上具有随机性的体系，即无序体系。我们从最基本的随机合金和无序薄膜开始，引入平均场理论（Mean-Field Theory）和无序势能的统计描述。核心内容将围绕局域化理论展开。书中详细考察了安德森局域化（Anderson Localization）理论，解释了在强无序势能下，电子波函数如何从传播态转变为指数衰减的局域态。我们将使用传输矩阵法（Transfer Matrix Method）和自洽线性方程组来计算一维和二维无序链的平均自由程和电导率。此外，本书专门辟出章节讨论玻璃态物质（Glasses）的结构特性，虽然玻璃缺乏长程有序，但其具有中程有序（Intermediate Range Order）的统计特征。我们将利用径向分布函数（RDF）和结构因子（Structure Factor）来区分真正的无序和玻璃态的结构差异，并讨论玻璃转变温度下的动力学行为。第五部分：新兴的前沿结构与表征技术在收尾部分，本书展望了凝聚态结构研究的前沿领域。我们讨论了拓扑材料中由几何相位和边界态决定的有效“结构”描述，例如拓扑绝缘体的表面态，它们在数学上可以视为一种特殊的、由拓扑不变量定义的“边缘结构”。最后，本书强调了先进的实验表征技术在解析复杂结构中的不可替代性。我们将介绍如何利用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）中观察到的像散校正下的高阶晶格像来识别小尺度缺陷和非周期调制；如何利用同步辐射光源进行扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析以获得原子近邻环境的精确信息；以及中子散射如何有效地探测轻元素（如氢）和磁性结构，这是常规X射线方法难以企及的。通过整合经典晶体物理学的严谨性与对复杂、非周期系统的现代理论建模和尖端实验技术的描述，本书旨在培养读者处理和理解凝聚态物质中结构多样性、复杂性与功能性之间深刻联系的能力。