材料的电子特性（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

Books are seldom finished. At best, they are abandoned. The second edition of "Electronic Properties of Materials" has been in use now for about seven years. During this time my publisher gave me ample opportunities to update and improve the text whenever the book was reprinted. There were about six of these reprinting cycles. Eventually, however, it became clear that substantially more new material,had to be added to account for the stormy developments which occurred in the field of electrical, optical, and magnetic materials. In particular, expanded sections on fiat-panel displays （liquidcrystals, electroluminescence devices, field emission displays, and plasma displays） were added. Further, the recent developments in blue- and green-emitting LED's and in photonics are included. Magnetic storage devices also underwent rapid development. Thus, magneto-optical memories, magneto-resistance devices, and new magnetic materials needed to be covered. The sections on dielectric properties, ferroelectricity, piezoelectricity, electrostric-tion, and thermoelectric properties have been expanded. Of course, the entire text was critically reviewed, updated, and improved. However, the most extensive change I undertook was the conversion of all equations to SI-units throughout. In most of the world and in virtually all of the interna-tional scientific journals use of this system of units is required. If today's students do not learn to utilize it, another generation is "lost" on this matter.In other words, it is important that students become comfortable with SI units.

目录

Preface to the Third Edition
Preface to the Second Edition
Preface to the First Edition
PART I Fundamentals of Electron Theory
CHAPTER 1 Introduction
CHAPTER 2 The Wave-Particle Duality
CHAPTER 3 The Schrodinger Epuation
CHAPTER 4 Solution of the Schrodinger Epuation for Four Specific Problems
CHAPTER 5 Energy Bands in Crystals
CHAPTER 6 Electrons in a Crystal

Part II Electrical Properties of Materials
CHAPTER 7 Electrical Conduction in Metals and Alloys
CHAPTER 8 Semiconductors
CHAPTER 9 Electrical Properties of Polymers,Ceramics,Dielectrics,and Amorphous Materials

PART III Optical Properties of Materials
CHAPTER 10 The Optical Constants
CHAPTER 11 Atomistic Theory of the Optical Properties
CHAPTER 12 Quantum Mechanical Treatment of the Optical Properties
CHAPTER 13 Applications

PART IV Magnetic Properties of Materials
CHAPTER 14 Foundations of Magnetism
CHAPTER 15 Magnetic Phenomena and Their Interpertation-Classical Approach
CHAPTER 16 Quantum Mechanical Considerations
CHAPTER 17 Applications

PART V Thermal Properties of Materials
CHAPTER 18 Introduction
CHAPTER 19 Fundamentals of Thermal Properties
CHAPTER 20 Heat Capacity
CHAPTER 21 Thermal Conduction
CHAPTER 22 Thermal Expansion
Appendices
Index

前言/序言

凝聚态物理前沿：从量子力学到先进功能材料 书籍简介： 本书旨在为物理、材料科学、电子工程等领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的视角，探讨凝聚态物质的宏观特性与微观机制之间的桥梁。本书内容聚焦于晶格动力学、电子能带理论的精确计算方法、磁性材料的量子描述以及超导现象的最新进展，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，并能应用这些知识理解和设计具有特定功能的先进材料。 第一部分：晶格振动与热力学性质 本部分深入剖析了晶体周期性势场中原子格点的集体激发——声子。我们将从牛顿运动方程出发，推导出一维和三维晶格的色散关系，并详细阐述布里渊区的概念及其对材料物理性质的限制性影响。 重点内容包括： 谐振子模型与相互作用： 讨论超越简单谐振子近似的非线性晶格效应，特别是德拜模型（Debye Model）的建立及其在计算比热容方面的优越性，与爱因斯坦模型的对比分析。 声子谱的实验表征： 介绍中子非弹性散射（INS）技术如何直接探测晶格的动态结构，以及拉曼散射和红外吸收如何揭示光学声子模式。 电子-声子耦合（Electron-Phonon Coupling）： 这是理解材料导热性、电阻以及某些机制下超导性的关键。详细分析耦合项的哈密顿量形式，以及它如何导致电子散射和费米面重整化。 第二部分：电子的能带结构与输运理论的精确构建 本部分是全书的核心，致力于解释为何不同材料表现出绝缘体、半导体或金属的特性。我们将超越简单的自由电子模型，引入周期性势场下的电子行为描述。 内容详述： Bloch定理与能带的形成： 深入阐述Bloch波函数的结构，以及如何通过紧束缚近似（Tight-Binding Approximation, TBA）和平面波赝势方法（Pseudopotential Method）来计算电子态的能量和波函数。重点讨论mBJ势和HSE06泛函在提高能带计算精度方面的应用。 费米面与准粒子激发： 详细讲解费米面的几何形状如何决定电输运性质（如霍尔效应、狄维塞极限），以及准粒子理论（Landau Fermi Liquid Theory）如何描述在固体中运动的电子——它们携带的有效质量与自由电子质量的差异。 半导体物理学： 深入探讨直接带隙与间接带隙的物理意义，以及有效质量张量在描述电子和空穴运动中的作用。分析掺杂（N型与P型）如何调控费米能级的位置及其在PN结形成中的关键作用。 输运方程的建立： 从玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）出发，结合弛豫时间近似，推导出电导率、热导率和Seebeck系数的微观表达式，为器件设计提供理论依据。 第三部分：磁性材料的量子力学描述 本部分聚焦于材料中电子的自旋自由度及其相互作用，这是理解磁性行为的基础。 关键主题包括： 描述磁性的基本模型： 详细解析朗之万理论对顺磁性的宏观描述，并转向微观的德鲁德模型在高频下的局限性。核心是伊辛模型（Ising Model）和海森堡交换模型（Heisenberg Model），用于描述晶格点上的局域磁矩的相互作用。 交换作用的起源： 解释泡利不相容原理如何导致不同空间占据的电子间产生交换能，区分铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的能量学基础。 磁畴与磁滞现象： 引入米尔斯（Mills）理论和畴壁能的概念，解释宏观磁滞回线的形成机制，以及畴壁运动在软磁和硬磁材料中的关键作用。 自旋电子学（Spintronics）基础： 探讨自旋转移力矩（STT）和自旋霍尔效应（SHE）等新兴现象，它们依赖于自旋-轨道耦合（SOC）对电子运动的间接影响，是未来非易失性存储技术的核心。 第四部分：先进功能材料的特例与前沿探索 本部分将前述理论应用于解释和预测非常规材料的独特行为。 强关联电子系统： 讨论Hubbard模型在描述电子间强排斥作用下的Mott绝缘体现象。探讨如何用DMRG（密度矩阵重整化群）等数值方法处理这些难以用传统范式解决的问题。 拓扑材料的电子结构： 介绍拓扑不变量（如Chern数）的概念，解释拓扑绝缘体表面态的保护机制。阐述狄拉克锥和外尔半金属中的线性色散关系如何导致极高的电子迁移率，并具有天然的抗背散射特性。 超导机理的深入探究： 在回顾BCS理论的基础上，重点分析铜氧化物高温超导中的d波配对，以及铁基超导体的复杂费米面结构。引入无能隙超导体和自旋奇性配对的概念，展望室温超导的可能性。 本书的结构设计确保了从基础概念到复杂应用之间的逻辑连贯性，旨在培养读者利用第一性原理思维解决实际材料设计挑战的能力。