Квазичастицы в физике конденсированного состояния, Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А., 2005

Квазичастицы в физике конденсированного состояния, Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А., 2005.

С единой точки зрения рассматриваются общая концепция квазичастиц в физике конденсированного состояния вещества, позволяющая оценивать возбуждения ансамблей сильновзаимодействующих частиц слабо неидеальным газом элементарных возбуждений, и её различные приложения.

Наряду с классическими квазичастицами - фононами, экситонами, плазмонами и т.п. рассматриваются менее известные квазичастицы нового поколения - холоны, спиноны, вортексоны, квазичастицы с дробной статистикой, дробным и переменным зарядом, а также гибридные и составные квазичастицы. Для студентов, аспирантов, преподавателей физических специальностей, научных сотрудников и специалистов в области конденсированного состояния вещества.





ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .
Список обозначений .
Глава 1 Конденсированное состояние как ансамбль взаимодействующих частиц
§ 1.1. Элементарные частицы в квантовой механике .
§ 1.2. Структурные единицы вещества .
§ 1.3. Роль структурных единиц в формировании свойств конденсированных сред .
1.3.1. Ядра .1.3.2. Электронная оболочка атомов . 1.3.3. Статистика ансамблей структурных единиц
1.3.4. Силы взаимодействия .
Глава 2 Структура электронных оболочек атомов
§ 2.1. Движение электрона в поле центральных сил .
2.1.1. Атом водорода .2.1.2. Волновые функции i/>nim с η = 2 и η = 3 .
§ 2.2. Структура энергетических уровней в одноэлектронном приближении .
§ 2.3. Многоэлектронные атомы .
§ 2.4. Заполнение уровней электронами. Правила Хунда .
§ 2.5. Возбуждённые состояния атома .
§ 2.6. Гибридизация атомных орбиталей .
2.6.1. Построение гибридных орбиталей как линейной комбинации исходных .2.6.2. Построение гибридных орбиталей, соответствующих заданной пространственной конфигурации связей атома .2.6.3. Основные типы атомных гибридных орбиталей .
§ 2.7. Многоатомные частицы, молекулярные орбитали .
2.7.1. Связывающие и разрыхляющие орбитали .2.7.2. σ-ορбитали .2.7.3. π-орбитали .2.7.4. <5-орбитали .
§ 2.8. Энергия молекулярных орбиталей .
2.8.1. Методы молекулярных орбиталей и валентных связей .2.8.2. Прочность химической связи .
§ 2.9. Несвязывающие орбитали .
§ 2.10. Комплексные соединения .
Глава 3 Свойства молекул и силы взаимодействия между частицами
§ 3.1. Дипольные моменты молекул .
§ 3.2. Магнитные свойства молекул .
§ 3.3. Нековалентные взаимодействия .
3.3.1. Ионная (гетерополярная) связь .3.3.2. Взаимодействия Ван дер Ваальса (дипольные взаимодействия) .
3.3.3. Водородная связь .
§ 3.4. Жидкости .
§ 3.5. Твёрдые тела .
3.5.1. Ионные кристаллы .3.5.2. Молекулярные кристаллы .3.5.3. Ковалентные кристаллы .3.5.4. Металлы .3.5.5. Решётки с комбинированными типами связи .3.5.6. Структура вещества в конденсированном состоянии
§ 3.6. Трёхмерные кристаллические решётки Браве .
3.6.1. Элементарные ячейки трёхмерных решёток Браве .
3.6.2. Ячейка Вигнера-Зейтца, обратная решётка .
Глава 4 Квазичастицы и их характеристики
§ 4.1. Квазичастицы .
§ 4.2. Основные характеристики квазичастиц .
Глава 5 Тепловые возбуждения решётки
§ 5.1. Основное состояние кристалла. Нулевые колебания .
§ 5.2. Методы описания тепловых колебаний кристаллической решётки. Фононы .
5.2.1. Стоячие волны .5.2.2. Бегущие волны .
5.2.3. Закон дисперсии акустических фононов .5.2.4. Изменение закона дисперсии акустических фононов при учёте взаимодействия вторых соседей .
§ 5.3. Акустические фононы в трёхмерных кристаллических решётках .
5.3.1. Энергетический спектр акустических фононов . 5.3.2. Спектральная плотность акустических фононов .
§ 5.4. Особенности ван Хова .
5.4.1. Трёхмерная система .5.4.2. Двумерная система .5.4.3. Одномерная система .
§ 5.5. Статистика акустических фононов .
5.5.1. Среднее число фононов .5.5.2. Средняя энергия .5.5.3. Температура Дебая .
§ 5.6. Оптические фононы .
5.6.1. Закон дисперсии оптических фононов для линейной цепочки чередующихся атомов двух сортов с одной степенью свободы .5.6.2. Закон дисперсии оптических фононов для линейной цепочки двух чередующихся сортов атомов с тремя степенями свободы .5.6.3. Оптические фононы в трёхмерных кристаллах .5.6.4. Статистика оптических фононов .
5.6.5. Спектральная плотность оптических фононов .
§ 5.7. Локальные и квазилокальные фононы .
§ 5.8. Взаимодействие фононов .
5.8.1. Ангармонизм колебаний атомов .5.8.2. Механизм фонон-фононного рассеяния .5.8.3. Нормальное рассеяние и процессы переброса .5.8.4. Трёхфононные процессы .5.8.5. Температурная зависимость частоты фонон-фононного рассеяния .
§ 5.9. Теплоёмкость решётки .
5.9.1. Энергия тепловых колебаний решётки .5.9.2. Теория теплоёмкости Дебая .5.9.3. Теплоёмкость двумерной решётки .
§ 5.10. Теплопроводность решётки .
5.10.1. Вклад нормальных процессов рассеяния в теплопроводность .5.10.2. Рассеяние фононов на точечных дефектах .5.10.3. Рассеяние фононов на границах кристалла .
§ 5.11. Поверхностные фононы .
§ 5.12. Фононы и ротоны в жидком гелии .
5.12.1. Жидкий гелий 4Не .5.12.2. Фононы и ротоны . 5.12.3. Статистика фононов и ротонов .
5.12.4. О природе сверхтекучести .
§ 5.13. Рипплоны .
§ 5.14. Жидкий гелий 3Не .
5.14.1. Теплоёмкость жидкого 3Не .5.14.2. Сверхтекучесть гелия 3Не .
Глава 6 Элементарные возбуждения в электронной ферми-жидкости
§ 6.1. Основное состояние ферми-жидкости .
6.1.1. Невзаимодействующие электроны в потенциальном ящике .6.1.2. Энергия и импульс Ферми .6.1.3. Два способа введения элементарных возбуждений .6.1.4. Модель ферми-жидкости .
§ 6.2. Квазичастицы на дырочной поверхности Ферми .
§ 6.3. Время жизни квазичастиц
§ 6.4. Электрон в поле периодического потенциала кристаллической решётки .
6.4.1. Адиабатическое приближение .6.4.2. Теорема Блоха .
§ 6.5. Квазиимпульс фермиевского электрона .
§ 6.6. Зоны Бриллюэна .
6.6.1. Зоны Бриллюэна двумерных решёток .6.6.2. Первая зона Бриллюэна ГЦК-решётки .6.6.3. Первая зона Бриллюэна ОЦК-решётки .6.6.4. Первая зона Бриллюэна ГПУ-решётки .6.6.5. Зоны Бриллюэна для простой кубической решётки .6.6.6. Первая зона Бриллюэна — ячейка Вигнера-Зейтца обратной решётки .
§ 6.7. Поверхность Ферми .
6.7.1. Модель почти свободных электронов .6.7.2. Электронная волна в цепочке атомов .6.7.3. Заполнение зоны Бриллюэна электронами на примере плоской квадратной решётки .
§ 6.8. Построение изоэнергетических поверхностей .
6.8.1. Поверхности Ферми щелочных металлов .6.8.2. Поверхности Ферми благородных металлов .6.8.3. Метод Харрисона построения поверхностей Ферми .6.8.4. Построение поверхности Ферми в схеме расширенных зон Бриллюэна .6.8.5. Построение поверхности Ферми в схеме повторяющихся зон Бриллюэна .
§ 6.9. Общая схема построения поверхностей Ферми. Классификация топологии поверхностей Ферми .
6.9.1. Поверхность Ферми для простой кубической решётки .6.9.2. Поверхность Ферми одновалентного металла с тетрагональной решёткой .6.9.3. Поверхность Ферми алюминия .6.9.4. Поверхность Ферми свинца .
§ 6.10. Динамика квазичастиц в кристаллической решётке .
§ 6.11. Эффективная масса фермиевских электронов .
§ 6.12. Рассеяние квазичастиц в кристаллах. Общее представление о рассеянии электронов .
6.12.1. Рассеяние электронов на фононах .6.12.2. Рассеяние с процессами переброса .
§ 6.13. Электропроводность .
6.13.1. Феноменологическое описание электропроводности .6.13.2. Электропроводность в модели фермиевских электронов .6.13.3. Формула Лифшица . 6.13.4. Электропроводность в модели «частиц» и «античастиц» .6.13.5. Температурная зависимость электропроводности .
§ 6.14. Спектральная плотность состояний элементарных возбуждений .
6.14.1. Электронные системы с квадратичным законом дисперсии .6.14.2. Системы с произвольным законом дисперсии .6.14.3. Особенности ван Хова в плотности состояний .6.14.4. Перенормировка плотности состояний в результате электрон-фононного взаимодействия .
§ 6.15. Электронная теплоёмкость .
§ 6.16. Электронная теплопроводность .
§ 6.17. Фермиевские электроны в постоянном магнитном поле .
6.17.1. Траектория квазичастицы в реальном пространстве .6.17.2. Циклотронная масса фермиевских электронов .6.17.3. Модель почти свободных электронов . 6.17.4. Циклотронная масса при произвольном законе дисперсии . 6.17.5. Общие замечания о перенормировке массы электрона в металле .
§ 6.18. Энергетический спектр квазичастиц в квантующем магнитном поле .
6.18.1. Идеальный газ электронов в квантующем магнитном поле .6.18.2. Энергетический спектр идеального газа электронов в кристаллической решётке в квантующем магнитном поле .6.18.3. Спиновое расщепление . 6.18.4. Распределение электронов в р-пространстве в присутствии квантующего магнитного поля .6.18.5. Плотность электронных состояний в магнитном поле .6.18.6. Энергетический спектр электронов в квантующем магнитном поле с учётом ферми-жидкостного взаимодействия .
Глава 7 Квазичастицы в сверхпроводниках
§ 7.1. Куперовские пары .
7.1.1. Модель поляризационного электрон-электронного притяжения .7.1.2. Куперовские пары в реальном металле .
§ 7.2. Электрон-фононное взаимодействие.Теория сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера .
§ 7.3. Основное состояние сверхпроводника .
§ 7.4. Энергия связи куперовских пар .
§ 7.5. Элементарные возбуждения в сверхпроводниках .
7.5.1. «Частица»- и «античастица»-подобные возбуждения . 7.5.2. Закон дисперсии «частица»- и «античаститца»-подобных возбуждений в сверхпроводниках .7.5.3. Плюсоны и минусоны .7.5.4. Плотность состояний плюсонов и минусонов .7.5.5. Время жизни квазичастиц .7.5.6. Заряд квазичастиц .7.5.7. Время релаксации заряда плюсонов и минусонов .7.5.8. Скорость квазичастиц . 7.5.9. Эффективная масса квазичастиц
§ 7.6. Элементарные возбуждения и свойства сверхпроводников .
7.6.1. Поглощение ультразвука в сверхпроводниках .
7.6.2. Электронная теплоёмкость .7.6.3. Электронная теплопроводность .7.6.4. Релаксация ядерных спинов
7.6.5. Сверхпроводящий ток .7.6.6. Андреевское отражение .
Глава 8 Тяжёлые фермионы
§ 8.1. Общая характеристика тяжёлых фермионов
§ 8.2. Эффект Кондо. Природа пика плотности состояний в системах с тяжёлыми фермионами.
§ 8.3. Резонанс Абрикосова-Сула.
§ 8.4. Классификация кондо-систем с тяжёлыми фермионами.
§ 8.5. Ферми-жидкостные эффекты в системе тяжёлых фермионов.
§ 8.6. Сверхпроводимость систем с тяжёлыми фермионами 351
§ 8.7. Системы с тяжёлыми фермионами — особый класс веществ.
Глава 9 Элементарные возбуждения в полупроводниках
§ 9.1. Общие положения .
§ 9.2. Электроны и дырки .
§ 9.3. Закон дисперсии электронов и дырок .
§ 9.4. Плотность состояний электронов и дырок .
§9.5. Статистика электронов и дырок и их концентрации .
Глава 10 Экситоны
§10.1. Экситоны Френкеля и Ванье-Мотта .
10.1.1. Экситоны Френкеля .10.1.2. Экситоны ВаньеМотта .10.1.3. Прямые экситоны .10.1.4. Непрямые экситоны
§ 10.2. Экситоны в двумерных и одномерных системах .
10.2.1. Экситоны в низкоразмерных полупроводниковых структурах (373). 10.2.2. Экситоны в гетероструктурах полупроводник-диэлектрик .10.2.3. Практические приложения .
§ 10.3. Экзотические экситоны .
§ 10.4. Экситонный диэлектрик .
10.4.1. Переход полупроводник — экситонный диэлектрик . 10.4.2. Переход полуметалла в состояние экситонного диэлектрика .
§ 10.5. Экситоны в сильном магнитном поле .
§ 10.6. Биэкситоны .
§ 10.7. Конденсация экситонов в электронно-дырочную жидкость .
§ 10.8. Многочастичные экситон-примесные комплексы
Глава 11 Поляроны
§11.1. Поляроны .
11.1.1. Поляроны в металлах .11.1.2. Поляроны в полупроводниках .
§ 11.2. Поляроны в ионных кристаллах .
11.2.1. Поляроны малого радиуса .11.2.2. Поляроны большого радиуса .11.2.3. Константа связи между электронами и оптическими фононами .11.2.4. Энергия электрона в потенциальной (поляризационной) яме .
§ 11.3. Энергия поляронов .
§ 11.4. Подвижность поляронов .
§ 11.5. Структура поляронов .
§ 11.6. Биполяроны .
Глава 12 Плазмоны
§ 12.1. Плазмоны .
12.1.1. Плазмоны в металлах .12.1.2. Взаимодействие плазмонов с решёткой .
§ 12.2. Учёт связанных электронов в металлах.
§ 12.3. Закон дисперсии плазмонов .
§ 12.4. Время жизни плазмонов .
§ 12.5. Звуковые плазмоны .
§ 12.6. Поверхностные плазмоны .
12.6.1. Плазмоны на границе металла с вакуумом . 12.6.2. Плазмоны на границе раздела двух сред . 12.6.3. Цилиндрические поверхностные плазмоны . 12.6.4. Возбуждение поверхностных плазмонов .
§ 12.7. Практическое использование поверхностных плазмонов .
12.7.1. Измерение коэффициента поглощения .
12.7.2. Микроскоп на поверхностных плазмонах .
Глава 13 Холоны и спиноны
§13.1. Общая характеристика .
13.1.1. Спиноны .13.1.2. Холоны .13.1.3. Возможность существования холонов и спинонов в двумерной системе .
§ 13.2. Холоны и спиноны в полиацетилене .
§ 13.3. Квазичастицы, с зарядом, отличным от заряда электрона
13.3.1. Почему заряд квазичастиц может отличаться от |е| .
13.3.2. Возможность существования квазичастиц с дробным зарядом .
Глава 14 Семионы и анионы, дробная статистика
§ 14.1. Общая характеристика квазичастиц с дробной статистикой
§ 14.2. Специфика двумерных систем .
14.2.1. Легирование квазидвумерной системы .
14.2.2. Преобразование статистики бозонов в поле векторного потенциала вихря .
§ 14.3. Термодинамика анионных систем .
§ 14.4. Физические эффекты, обусловленные частицами с промежуточной статистикой .
Глава 15 Магноны
§ 15.1. О природе магнетизма .
§ 15.2. Энергия магнитного взаимодействия .
15.2.1. Магнитное диполь-дипольное взаимодействие .
15.2.2. Обменное взаимодействие .
§ 15.3. Магнитная структура атомов .
15.3.1. Основное состояние магнитной структуры .
§ 15.4. Спиновые волны .
§ 15.5. Ферромагноны .
§ 15.6. Спектральная плотность ферромагнонов .
§ 15.7. Эффективная масса ферромагнонов .
§ 15.8. Тепловое возбуждение магнонов .
§ 15.9. Магнонная теплоёмкость .
§ 15.10. Магноны в антиферромагнетиках .
§15.11. Спектральная плотность антиферромагнонов .
§15.12. Теплоёмкость антиферромагнонов .
Глава 16 Флуктуоны
§ 16.1. Флуктуоны .
16.1.1. Бифлуктуоны .16.1.2. Флуктуоны в бинарных растворах .16.1.3. Термодинамический потенциал системы движущихся флуктуонов .
§ 16.2. Подвижность флуктуонов .
§ 16.3. Эффективная масса флуктуона .
§ 16.4. Влияние флуктуонов на свойства полупроводников
16.4.1. Электропроводность .16.4.2. Взаимодействие флуктуонов с электромагнитным излучением
Глава 17 Автолокализованные состояния носителей тока в магнитных полупроводниках
§ 17.1. Спин-поляроны
§ 17.2. Квазиосцилляторные состояния носителей тока в магнитных полупроводниках
17.2.1. Энергия и эффективные массы зонных электронов в магнитных полупроводниках .17.2.2. Квазиосцилляторное состояние электрона в антиферромагнитном (А < 0) полупроводнике .17.2.3. Движение электрона в полупроводниках с ферромагнитным (А > 0) упорядочением
§ 17.3.Ферроны .
17.3.1. Ферроны в полупроводниках с широкой зоной проводимости . 17.3.2. Ферроны в полупроводниках с узкими зонами . 17.3.3. Феррон-поляронные состояния. 17.3.4. Локализованные ферроны . 17.3.5. Термодинамический метод описания ферронов . 17.3.6. Ферроны в парамагнетиках . 17.3.7. Подвижность магнитных флуктуонов . 17.3.8. Эффективная масса магнитного флуктуона . 17.3.9. Влияние ферронов на свойства антиферромагнитных полупроводников
§ 17.4. Ферронные капли
Глава 18 Фазоны, вакансионы
§ 18.1. Фазоны
§ 18.2. Вакансионы
18.2.1. Вакансии в кристаллах при Τ = 0 .
18.2.2. Вакансии в кристаллах при Τ Φ 0
§ 18.3. Вакансионы в квантовых кристаллах
§ 18.4. Влияние вакансионов на свойства кристаллов
§ 18.5. Краудионы
§ 18.6.Фокусоны
Глава 19 Солитоны
§19.1. Общие свойства
§19.2. Солитоны в кристаллах
19.2.1. Модель Френкеля-Конторовой. 19.2.2. Бисолитоны-бризеры
§ 19.3. Магнитные солитоны
19.3.1. Топологические вихри . 19.3.2. Энергия ферромагнитного состояния . 19.3.3. Домены в ферромагнетиках . 19.3.4. Магнитные солитоны в ферромагнетике с лёгкой осью . 19.3.5. Солитон в цепочке магнитных моментов
§ 19.4. Флуксоны
§ 19.5. Полевая интерпретация солитонов
§ 19.6. Солитон в поле синус-Гордона
§ 19.7. Инстантоны
§ 19.8. Оптические солитоны
§ 19.9. Оптические тахионы
Глава 20 Композитные квазичастицы
§ 20.1. Гибридные квазичастицы
§ 20.2. Поляритоны
20.2.1. Фонон-поляритоны . 20.2.2. Двухатомная модель § 20.3. Экситон-поляритоны § 20.4. Усилитель поляритонов § 20.5. Композитные фермионы и композитные бозоны 20.5.1. Целочисленный квантовый эффект Холла
20.5.2. Дробный квантовый эффект Холла, композитные бозоны и композитные фермионы
§ 20.6. Вортексоны
20.6.1. Бивортексоны малого радиуса
§ 20.7. Сегнетомагноны
§ 20.8. Магнон-фононы
§ 20.9. Геликон-фононы
20.9.1. Геликоны. 20.9.2. Геликон-фононы .
§ 20.10. Экситон-поляроны
20.10.1. Экситон-поляроны большого радиуса 20.10.2. Экситон-поляроны малого радиуса
Список литературы
Предметный указатель


1.2. Структурные единицы вещества.
Корпускулярно-волновая природа частиц приводит к тому, что образованное ими вещество в конденсированном состоянии - синтез непрерывного и дискретного. Корпускулярные и волновые представления - две проекции свойств материи. Это две стороны одной и той же реальности. Однако существует определённая иерархия в организации структуры конденсированного состояния вещества: нуклоны образуют ядра. По современным представлениям протоны и нейтроны состоят из кварков и глюонов, а атомные ядра - сложные системы, состоящие из большого количества кварков, глюонных и мезонных полей, взаимодействующих друг с другом. Однако при рассмотрении конденсированных систем существенны только макроскопические параметры ядер, и поэтому можно ограничиться общепринятой нуклонной моделью. Ядра с электронами образуют атомы, атомы образуют молекулы.

Возникает вопрос: нужно ли исходить из первичной картины, рассматривая вещество как совокупность всех элементарных частиц, или можно ограничиться рассмотрением системы более сложных образований (например, ядер, атомов, молекул) и из них уже строить вещество? Где проходит граница между более простыми и более сложными образованиями? Эта граница определяется понятием «структурная единица вещества». Частицы, которые можно рассматривать как «элементарные» в построении конденсированных сред, будем называть структурными единицами вещества. Под структурными единицами вещества подразумеваются частицы или комплексы частиц, энергия образования которых существенно превышает энергию взаимодействия между ними и кинетическую энергию их движения. Под энергией образования подразумевается: для много частичных комплексов - энергия связи, для отдельных частиц - энергия, необходимая для их рождения.



Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Квазичастицы в физике конденсированного состояния, Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А., 2005 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.Купить эту книгу


Скачать книгу Квазичастицы в физике конденсированного состояния, Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А., 2005 - pdf - depositfiles.

Скачать книгу Квазичастицы в физике конденсированного состояния, Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А., 2005 - pdf - Яндекс.Диск.




Теги: квазичастицы :: Брандт :: Кульбачинский